遗传美国迈阿密

第44卷第2期海洋与湖沼Vol.
44,No.
22013年3月OCEANOLOGIAETLIMNOLOGIASINICAMar.
,2013*国家高技术研究发展计划项目(2012AA10A404);农业部"引进国际先进农业科学技术"项目(2013-Z13);公益性行业(农业)科研专项(200903045).
栾生,博士,副研究员,E-mail:luansheng@ysfri.
ac.
cn1)杨柯,2009.
凡纳滨对虾引进群体与养殖群体间的遗传差异.
上海:上海海洋大学硕士学位论文,26—392)安迪,2011.
凡纳滨对虾体重和体尺性状的遗传参数和选择育种效果研究.
陕西杨凌:西北农林科技大学硕士学位论文,39—45①通讯作者:孔杰,研究员,E-mail:kongjie@ysfri.
ac.
cn收稿日期:2012-04-16,收修改稿日期:2012-06-25凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)体重、存活性状的遗传参数和基因型与环境互作效应*栾生1罗坤1阮晓红1曹宝祥1王浩1,2杜学芳1,3张凯1,4孔杰1①(1.
农业部海洋渔业可持续发展重点实验室中国水产科学研究院黄海水产研究所青岛266071;2.
大连海洋大学水产与生命学院大连116023;3.
上海海洋大学水产与生命学院上海201306;4.
中国海洋大学海洋生命学院青岛266003)提要利用7个凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)引进群体,通过双列杂交和巢式交配设计构建家系,建立育种基础群体,估计体重、存活性状的遗传参数和基因型与环境互作效应(genotypebyenvironmentinteractions,G*E).
结果表明,凡纳滨对虾基础群体体重和存活性状的遗传力估计值范围分别在(0.
19±0.
09)—(0.
43±0.
09),(0.
27±0.
04)—(0.
45±0.
06),均属于中高遗传力水平,并且统计检验显著(P0.
5).
上述结果显示,凡纳滨对虾基础群体体重和存活性状的遗传变异丰富,多代选择可获得较大的遗传进展.
关键词凡纳滨对虾;体重;存活;遗传力;遗传相关;基因型与环境互作中图分类号S968凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)是我国重要的对虾养殖品种,2010年海、淡水养殖产量122万t,占我国对虾养殖总产量的80%以上(农业部渔业局,2011).
目前,我国凡纳滨对虾种质主要引自美国,国内商品苗种多为二代苗种或者多代自繁苗种.
凡纳滨对虾产卵量大,苗种累代养殖后可能会产生近交衰退现象(姚雪梅等,2007;杨柯,20091)).
当前我国养殖的凡纳滨对虾已经出现了发病率与死亡率上升、生长速度下降、规格参差不齐、形态畸形等种质衰退的现象(李亚春等,2010).
培育生长快、抗逆性强的新品种(系)是当前凡纳滨对虾产业可持续发展亟待解决的关键问题.
以数量遗传学为基础的选择育种技术,是改良凡纳滨对虾种质的重要手段.
国外自1989年开始,对凡纳滨对虾生长、存活和TSV抗性等性状进行遗传改良(Argueetal,2002;Gitterleetal,2005a).
国内凡纳滨对虾育种也取得重要进展,已培育出"中兴1号"、"中科1号"和"科海1号"等新品种,生长和抗逆性状得到一定程度的提高(陈锚等,2008;黄永春等,2010;安迪,20112)).
获得重要经济性状的遗传参446海洋与湖沼44卷数和基因型与环境互作效应(genotypebyenvironmentinteractions,G*E)是制定、优化凡纳滨对虾选择育种方案的前提条件.
已报道的凡纳滨对虾育种核心群体重的遗传力多为中高水平(h2≥0.
15),存活性状和WSSV抗性表现为低遗传水平(h2美国迈阿密(SISMAM)和高健康(HIGHHA)群体组成.
项目组将引进的亲虾进行免疫检验、隔离保种,每尾亲虾通过眼柄环标记后,放入虾池中强化培育.
2011年7月底,从每个引进群体中挑选性腺发育成熟亲虾,采用不完全双列杂交方式组合7个引进群体构建基础群体(表1).
利用定向交尾技术,通过巢式设计(2尾雄虾与1尾雌虾交配;1尾雌虾与2尾雄虾交配)成功建立全同胞家系130个(母系半同胞家系40个;父系半同胞家系26个).
每一个家系移入孵化车间独立的170L孵化桶,水温30℃孵化,全部家系生产周期为24d.
每个家系孵出幼体后,随机留取1000尾在170L孵化桶内继续培育至仔虾.
期间的饵料主要有角毛藻、虾片、螺旋藻、卤虫和配合饲料等.
每4h投喂1次,投喂量和投喂比例根据对虾不同发育阶段进行调整.
每天换水,换水量逐渐增加,仔虾阶段换水量达到100%.
仔虾后第3天,每个家系内个体分为2部分:一部分(随机选择300尾个体)移至河北黄骅(HBHH)40目网箱(1.
18m*1.
18m*0.
7m)内暂养;另外一部分(随机选择300尾个体)留在青岛鳌山(QDAS)170L桶内暂养.
仔虾体长达到3cm时候,对每个家系随机抽取100—200尾进行可视嵌入性橡胶标志(visibleimplantelastomer,VIE)标记,区分不同的家系.
VIE标记后,HBHH场共计106个家系放入5个20m2水泥池中混养测试,每个水泥池包括19—23个家系;QDAS场共计129个家系放入11个9.
4m2水泥池中混养测试,每个水泥池包括10—14个家系.
HBHH和QDAS场内每个混养测试池的养殖密度均表1凡纳滨对虾7个引进群体杂交和自交组合家系数量Tab.
1ThenumberoffamiliesperhybridorselfingcombinationfromsevenintroducedpopulationsinPacificwhiteshrimpL.
vannamei父本母本SISMAMOCENAISINGAPKONABAHAWAIIHIGHHAGUAMIS合计SISMAM7343——522OCENAI—104512325SINGAP6410313431KONABA—545—2218HAWAII————3——3HIGHHA——14—117GUAMIS—45442524合计1326282491020130注:SINGAP-新加坡;HAWAII-美国夏威夷;GUAMIS-关岛;KONABA-美国科那湾;OCENAI-美国海洋研究所;SISMAM-美国迈阿密;HIGHHA-美国高健康1)安迪,2011.
凡纳滨对虾体重和体尺性状的遗传参数和选择育种效果研究.
陕西杨凌:西北农林科技大学硕士学位论文,39—452期栾生等:凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)体重、存活性状的遗传参数和基因型与环境互作效应447控制在109尾/m2左右.
其它水质控制、饵料投喂和日常管理等操作,两地均按照标准化程序保持一致.
个体平均日龄达153d时,测量每尾虾的体重,记录个体的VIE颜色组合、测试场号、测试池号、测量日期等信息.
统计每个家系存活个体数量,计算存活率.
1.
2统计分析建立线性混合模型,利用平均信息约束极大似然法(averageinformationrestrictedmaximumlikeli-hood,AIREML)通过ASReml软件估计凡纳滨对虾体重方差组分(Gilmouretal,2009).
育种分析模型为单性状个体动物模型:yijk=μ+Farmi+b1Wtk+b2Wtk2+ak+ak(Farmi)+fj+eijk(1)式中,yijk为第k尾虾的体重观测值,μ为体重的均值,Farmi是第i个养殖场的固定效应,Wtk为第k尾虾混养前的体重(协变量),b1和b2为回归系数,ak为第k尾虾体重的加性遗传效应,ak(Farmi)为嵌套在第i个养殖场内第k尾虾的加性效应,fj为第j个全同胞家系单独养殖时产生的共同环境效应,eijk为第k尾虾体重的随机残差.
利用模型1估计基因型与环境互作效应方差组分;从模型1中剔除Farmi和ak(Farmi)效应,分别估计HBHH和QDAS养殖场体重的方差组分和遗传力;从模型1中剔除ak(Farmi)和fj效应,设置HBHH和QDAS两个场体重具有独立残差,利用CORGH方差(协方差)结构(Wolfinger,1996),估计HBHH和QDAS场体重间的遗传相关.
家系生长测试结束后,存活的个体记录为1,死亡个体记录为0.
应用广义线性混合模型(generalizedlinearmixedmodel,GLMM)方法(连接函数Probit)估计存活性状的方差组分.
育种分析模型为公母畜模型:Pr(yhijk=1)=Pr(lhijk>0)=Ф(μ+Farmh+si+dj+si(Farmh)+dj(Farmh)+ehijk)(2)式中,yhijk表示第k尾虾的存活状态(1为存活,0为死亡),lhijk为潜在变量,如果lhijk>0那么yhijk=1,如果lhijk≤0那么yhijk=0,μ为总体均值,si为第i个父本的加性遗传效应,dj为第j个母本的加性遗传效应,si(Farmh)和dj(Farmh)为嵌套在第h个场内的父本和母本效应.
ehijk表示第k尾虾的随机残差.
利用模型2估计基因型与环境互作效应方差组分;从模型2中剔除Farmh、si(Farmh)和dj(Farmh)效应,分别估计HBHH和QDAS养殖场存活的方差组分和遗传力;从模型2中剔除Farmh、si(Farmh)和dj(Farmh)效应,设置HBHH和QDAS存活为独立残差,利用CORGH方差(协方差)结构,估计HBHH和QDAS养殖场153d存活性状间的遗传相关.
模型1和2均未包括测试池和性别固定效应.
由于每个家系只分布在其中一个测试池,而不是随机分布在所有测试池,如果在模型中包括测试池效应,将会把家系间的遗传差异作为测试池间的固定效应剔除掉,从而影响遗传参数和育种值估计的准确度.
由于所有测试池的放养密度均控制在109尾/m2左右,其它水质控制、饵料投喂和日常管理等操作相同,因此假定测试池间不存在显著的差异.
测量体重时,由于只有一小部分成虾能够确定性别,因此在模型中也未包括性别.
体重和存活性状的遗传力计算公式:h2=2222aafeσσσσ++(3)h2=22242sdsdeσσσ+(4)体重和存活性状基因型与环境互作方差组分与加性遗传方差组分比值:K=22aeaσσ(5)K=22sdesdσσ(6)K>0.
50,G*E效应显著;K≤0.
5,G*E效应不显著(Shelbourne,1972).
其中,2aσ为体重加性遗传方差组分,2sdσ为存活性状公母畜方差组分均值(设置父本和母本遗传完全相关并且方差相等,利用ASReml的and函数实现),2fσ为共同环境效应的方差组分,2aeσ和2sdeσ为体重和存活性状基因型与环境互作方差组分,2eσ为残差方差组分.
估计HBHH和QDAS场体重间的遗传相关,以及估计存活性状的遗传参数时,ASReml无法收敛.
考虑到半同胞家系所占比重较低,并且仅有1代系谱,因此在模型中没有包含共同环境效应.
Z-score用来检验HBHH和QDAS场性状遗传力间差异是否显著,也用来检验不同场间的遗传相关与1(完全相关)是否存在显著差异.
Z=()22ijijxxσσ+(7)其中,xi和xj分别是HBHH和QDAS场体重或存活性状的遗传力,σi和σj分别是相应遗传力的标准误;当448海洋与湖沼44卷检验场间遗传相关与1是否差异显著时,xj和σj分别设置为1和0.
2结果2.
1体重和存活性状的描述性统计量凡纳滨对虾体重和存活性状实测值的描述性统计量见表2.
HBHH场的体重均值高于QDAS场(P0.
039),并且回归效果均达到极显著水平(P0.
05),存活性状遗传力间差异达到极显著水平(P0.
05),HBHH和QDAS间体重c2值差异也不显著(P>0.
05).
凡纳滨对虾基础群体家系体重和存活性状表型和育种值相关系数均较小,分别为0.
077和0.
008,表现为低度线性负相关(R0.
05).
2.
3体重和存活性状的基因型与环境互作效应HBHH和QDAS场体重间的遗传相关系数为0.
83±0.
04,估计值与1间差异显著(P0.
50).
HBHH和QDAS家系体重育种值间散点图(图3a)显示,两个场间存在明显的线性相关.
HBHH和QDAS家系存活性状育种值间散点图则表明,数据点分布较分散,两个场间低度线性相关(图3b).
3讨论3.
1凡纳滨对虾体重和存活性状的遗传参数研究结果显示,凡纳滨对虾基础群体体重表现为中、高遗传力性状.
有关凡纳滨对虾生长和存活性状遗传参数估计的研究较多.
美国学者利用全同胞组内相关法估计了凡纳滨对虾收获体重的遗传力,估计值为0.
52—0.
84,为高遗传力(Argueetal,2002).
然而,与REML和动物模型方法相比较,全同胞组内相关法不能利用个体间的亲缘信息,加上无法剖分随机效应,其估计值一般偏高(Eknathetal,2007).
国内学者利用个体动物模型估计了凡纳滨对虾不同生长发育阶段的遗传力,估计值在0.
32—0.
45,为中高遗传力,但模型中未包括共同环境效应,估计值可能偏高(安迪,20111)).
国外学者在线性混合模型中包括共同环境效应,估计了2个凡纳滨对虾基础群体体重的遗传力,也为中高遗传力(0.
25—0.
45)(Gitterleetal,2005a;Castillo-Juárezetal,2007).
体重的变异系数和遗传力估计值均表明:凡纳滨对虾基础群体表3河北黄骅(HBHH)和青岛鳌山(QDAS)场凡纳滨对虾体重、存活性状的表型和遗传参数Tab.
3PhenotypicandgeneticparametersforbodyweightandsurvivalfromHBHHandQDASfarmsinPacificwhiteshrimpL.
vannameiREML估计值参数环境体重存活表型方差HBHH+QDAS8.
981.
17HBHH9.
171.
29QDAS8.
441.
16遗传力(h2)HBHH+QDAS0.
35±0.
090.
28±0.
04HBHH0.
19±0.
090.
45±0.
06QDAS0.
43±0.
100.
27±0.
04共同环境(c2)HBHH+QDAS0.
03±0.
03HBHH0.
07±0.
04QDAS0.
01±0.
03基因型与环境互作方差和加性遗传方差比值(K)2aeσ=0.
68;2aσ=2.
41,K=0.
282sdeσ=0.
069;2sdσ=0.
042,K=1.
67HBHH和QDAS遗传相关0.
83±0.
040.
40±0.
111)安迪,2011.
凡纳滨对虾体重和体尺性状的遗传参数和选择育种效果研究.
陕西杨凌:西北农林科技大学硕士学位论文,39—45图2凡纳滨对虾基础群体体重与日龄(a)、混养前体重(b)的回归关系Fig.
2Regressionbetweenbodyweightandage(a),bodyweightandstockingbodyweight(b)forthebasepopulationinPacificwhiteshrimpL.
vannamei450海洋与湖沼44卷遗传变异丰富,具有较大的选育潜力.
本文存活性状的遗传力估计值为中高遗传力,明显高于利用个体动物模型估计的凡纳滨对虾存活性状的遗传力(0.
04—0.
10)(Gitterleetal,2005a),也高于大西洋鲑(Salmonsalar)、尼罗罗非鱼(Oreochromisniloticus)、鲤(Cyprinuscarpio)、鲍(Haliotisrufescens)和大菱鲆(Scophthalmusmaximus)等存活性状估计值(0.
03—0.
16)(Gjedrem,2005;Wangetal,2010).
利用个体动物模型和线性混合模型方法估计了斑节对虾存活性状的遗传力,也表现为高遗传力(0.
36—0.
71)(Kenwayetal,2006).
但后期研究指出,受限于群体的家系数量和当时的分析方法,存活性状的遗传力估计值明显偏高(Kenwayetal,2008).
本试验受限于基础群体结构,存活性状遗传参数的估计模型中未包括共同环境效应,遗传力估计值也偏高.
本试验共建立了40个母系半同胞家系,仅占全部家系数量的31%,基础群体家系中半同胞家系的比例低.
此外,存活数据二项分布的特性,决定了每个家系仅对应一个存活率值,数据量少,并且无法利用家系内全同胞个体信息提高估计的准确度.
上述两方面,决定了仅利用凡纳滨对虾基础群体数据难以准确剖分出共同环境效应.
随着选育世代的增加,系谱信息和家系测定数据的不断累积,利用多个世代估计的存活性状的遗传力将会进一步降低,并且更加准确(Rezketal,2009).
凡纳滨对虾基础群体家系收获体重和存活性状的遗传相关系数均很小,表现为低度线性负相关(R0.
4).
在制定育种规划时,育种目标中可以只包含收获体重,而不用考虑或者给予存活性状较低的加权,多代选育后核心群的存活率也会得到一定程度的改良.
3.
2凡纳滨对虾体重和存活性状的G*E效应尽管HBHH和QDAS两个场体重间的遗传相关系数与1差异显著,但是二者间仍然表现为高度遗传相关.
K值也表明,体重性状的G*E效应不显著(K0.
05)forbodyweightandsurvivalusingZ-scoretest.
Therewasalowphenotypicandgeneticcorrelationbetweenbodyweightandsurvival(0.
007and0.
008).
ThegeneticcorrelationsbetweenHBHHandQDASfarmswere0.
83±0.
04forbodyweight,and0.
40±0.
11forsurvival.
ThesecorrelationssuggestthatalowG*Eeffectforbodyweight(K0.
5).
TheresultsshowthatthereisquitesubstantialadditivegeneticvarianceforbodyweightandsurvivalinPacificwhiteshrimpthatcanbeexploitedthroughselectivebreeding.
KeywordsLitopenaeusvannamei;bodyweight;survival;heritability;geneticcorrelations;genotypebyenvironmentinteraction