虹鳟(Oncorhynchus mykiss)选育群体主要体尺性状表型和遗传相关分析*

户 国 谷 伟 姜再胜, 白庆利 王炳谦①

(1.中国水产科学研究院黑龙江水产研究所淡水鱼类育种国家地方联合工程实验室 哈尔滨 150070;2.上海海洋大学水产与生命学院 上海 201306)

虹鳟(Oncorhynchus mykiss)属鲑形目(Salmoniformes),鲑科(Salmonidae),鲑亚科(Salmoninae),大麻哈鱼属(Oncorhynchus),原产于北美地区,是世界重要经济养殖鱼类之一,适合我国北方高寒地区以及有冷水资源分布地区养殖(范兆廷等,2008)。自1959年引入我国后,经过数十年发展,我国虹鳟养殖已遍布全国,据联合国粮食与农业组织统计数据(FAO,2012),2010年度世界虹鳟总产量为72.88万吨,中国大陆虹鳟总产量为1.64万吨,仅占世界总产量的2.25%。为满足虹鳟养殖业对良种的迫切需求,我国从 2001年起开始组建基础群,2004年开始虹鳟大规模家系选育工作,目前已取得了较好的选育效果(王炳谦等,2012)。

体尺性状(Body measurement trait)是指以长度为单位度量的身体结构性状,是与生长相关的重要经济性状。目前,国内科研工作者已对水产动物体质量、生存性状和体尺性状的遗传参数估计有较多研究(马爱军等,2008,2009;王炳谦等,2009a;田永胜等,2009;刘永新等,2010;高保全等,2010;孙长森等,2010;李镕等,2011;刘宝锁等,2011;栾生等,2012)。在我国已开展的虹鳟育种工作中,对体长以外的体尺性状的遗传参数估计值还未见报道(王炳谦等,2012;Huet al,2013)。开展体尺性状的遗传参数估计研究对培育生长快速并且体型美观的优良的虹鳟品种,提高我国虹鳟养殖生产效益具有积极意义。

本研究采用虹鳟优良品系 G2选育群体作为试验材料,于1000日龄测量头长、体长、体高、体厚、尾柄长、尾柄高、背吻距、背鳍基长等与鱼体轮廓外形塑造相关的8个体尺性状,对上述表型做描述性统计,并计算表型相关;采用平均信息约束最大似然法(Average Information Restricted Maximum Likelihood,AIREML)估计上述性状的遗传方差、性状间的遗传相关,并计算遗传力及其标准误差等参数,以期为虹鳟优良品系体尺性状的多性状复合选育提供必要的数量遗传学依据。

1 材料与方法

1.1 试验群体

在中国水产科学研究所黑龙江水产研究所渤海冷水性鱼类试验站进行试验。研究材料是虹鳟优良品系G2代群体,该群体的基础群G0代建立于2001年,由中国渤海品系(由朝鲜品系与日本品系群体混杂形成的品系)、丹麦品系(来自丹麦的1个商业品系)、挪威品系(来自挪威的1个商业品系)、道氏品系(美国道尔纳逊氏优质虹鳟)和加州品系(来自美国加州的1个商业品系)等5个地理远缘品系建立。在2004年的繁殖期,每一品系根据体质量性状的表型值排序,雌雄各取前3名,采用完全双列杂交及其相应的自交组合建立 G1代群体,共计 75个全同胞家系(王炳谦等,2009b;户国等,2012)。该群体所有个体都有清晰的系谱和表型记录,系谱建立的方法参见谷伟等(2010)。利用单性状重复观测值动物模型(重复力模型),对 G1代4026尾个体生长性状(体质量、体长和肥满度)进行遗传参数和育种值的估计,然后利用指数选择法设定上述性状的权重,并计算综合育种值,对虹鳟个体的选择价值进行评定和名次排列。最后,选择综合育种值排序靠前、无亲缘关系的个体组成选育群体(王炳谦等,2009a;户国等,2012),组建形成G2代群体,仍然维持75个全同胞家系的群体规模。本研究中涉及的G0—G2有系谱记录个体共计6223尾。

1.2 饲养管理

将受精卵以及上浮稚鱼被放置在独立单元内进行孵化、驯化、养殖至平均体质量0.5g以上时,以家系为单位移入相同水源的独立养殖单元内。在群体平均体质量约为50g时,进行 PIT(Passive integrated transponder)标记(ID-100型,英国Trovan公司),各家系等比例混合,放苗入虹鳟常规养殖的同一流水池塘,即同环境饲育。本试验群体作为 G3代的储备亲鱼群体,饲育至性成熟,各阶段均按投喂指南饲以优质全价配合饲料(智利SalmonFood公司VitaCare),水源为地下涌泉水,年水温变幅5—18°C。

1.3 性状测定

鱼种于2008年4月入池至,2010年9月下旬养殖至性成熟(约为1000日龄),测定主要体尺性状,将待测虹鳟用苯氧乙醇0.5mg/L麻醉后,利用直尺和游标卡尺逐条测量头长、体长(、体高、体厚、尾柄长、尾柄高、背吻距、背鳍基长等8个性状,同时依第二性征记录性别。本研究中以 PIT标记作为区分个体的方法,除去标记流失的个体以及 8个表型数据值缺失2个及以上个体后,共计获得了1967尾个体的有效数据。

1.4 数据统计分析

1.4.1 遗传方差与遗传力 本研究中采用单性状动物模型估计遗传力,模型中的固定效应通过对一般线性模型进行显著性检验获得,池塘效应和性别效应达到显著水平(P＜0.05),构建混合线性模型如公式(1):

其中,yijk是动物个体的表型观察值;μ是群体均值;pi为池塘效应,是固定效应;sj为性别效应,是固定效应;ak是个体加性随机效应,eijk是随机残差。

将上述模型定义为矩阵形式为:

其中y是动物个体表型观察值向量,a是个体随机加性效应向量,b是固定效应向量,X和Z是关联矩阵,e是随机残差向量。

遗传力的计算公式为:

遗传力的标准误差(Standard error,ES)利用“delta”方法,采用公式(4)估算:

其中,C( ,)表示计算协方差。

1.4.2 遗传相关 遗传相关采用两性状动物模型分析获得,构建混合线性模型如公式(5):

其中yijkt是第t个性状的表型观察值,akt是第t个性状的个体随机效应,其余参数定义与公式(1)相同。

将该模型定义为矩阵形式:

其中yt,bt,at和et是第t个性状表型观察值向量,随机加性效应向量,固定效应向量和随机残差向量,Xt和Zt是关联矩阵,t=1,2。

本研究使用 AIREMLF90软件(Misztalet al,2002),采用 AIREML估计上述公式中的方差组分,REML迭代收敛水平设为 1×10-10。利用公式(1)获得的方差组分后代入公式(3)和公式(4)求得遗传力及其标准误差。通过公式(5)得到遗传相关,其显著性通过LRT方法进行。固定效应的显著性检验,表型描述性统计及表型相关分析使用R软件实现(R Core Team,2012)。

2 结果与分析

2.1 虹鳟主要体尺性状的描述性统计

本研究测量了虹鳟优良品系选育群体G2群体8个体尺性状的表型数据,结果显示,该群体体长变异系数最小,为6.94%,尾柄长变异系数最大,为13.65%。详细情况见表1。

表1 虹鳟选育群体主要体尺性状的描述性统计Tab.1 Descriptive statistics for body measurement traits in a selective breeding population of rainbow trout

2.2 虹鳟选育群体主要体尺性状的方差组分及遗传力

表2列出了利用单性状动物模型得到的上述8个体尺性状的遗传方差以及遗传力估计,结果显示,本研究显示上述8个性状的遗传力为0.131—0.313,大部分为中等或偏低遗传力。其中背鳍基长遗传力最低,为 0.131±0.039,体高遗传力最高,为 0.313±0.086。另外,体长性状的遗传力0.146±0.170。

2.3 虹鳟主要体尺性状间的表型相关与遗传相关

表型相关与遗传相关分析结果显示,表型相关的变化范围较大,0.016—0.815,其中体厚与尾柄长的表型相关最低,仅为 0.016,且未达到显著水平(P＞0.05),但两者的遗传相关为0.247,LRT统计分析达到显著(P＜0.05),体长与背吻距的表型相关最高,为 0.815,并且结果还显示,除背鳍基长外,体厚性状与头长、体长、体高、背吻距、尾柄长、尾柄高等性状的表型相关均较低。上述性状间的遗传相关变化范围也很大,为 0.016—0.815,其中背鳍基长与背吻距的遗传相关最低,仅为 0.065,同样,体长与背吻距的遗传相关也最高,达 0.866。体厚与背鳍基长的表型相关为0.647;遗传相关为0.305,但是LRT统计分析未达到显著水平(P＞0.05)。8个性状间的表型相关与遗传相关具体结果见表3。

表2 虹鳟选育群体主要体尺性状的方差组分及遗传力Tab.2 Variance components and heritabilities for body measurement traits in a selective breeding population of rainbow trout

3 讨论

体尺性状是有经济价值的数量性状,在国内外的农业动物育种实践中受到普遍重视,但是由于传统鱼类育种多采用群体选择方法,受到技术条件限制,无法兼顾多种性状(Donaldson,1968;范兆廷,2005)。近年来,随着动物多性状复合育种技术被引入我国水产动物育种研究中,同时,对鱼类多个经济性状进行遗传选择成为可能(栾生等,2008)。目前,我国市场上鲑鳟鱼类仍以全鱼销售为主(孙大江等,2010),故建议在育种规划中引入体尺性状,使商品鱼获得更好的外观。

表3 虹鳟主要体尺性状间的表型相关与遗传相关Tab.3 Phenotypic and genetic correlation between body measurement traits in a selective breeding population of rainbow trout

遗传力分析结果显示,本文涉及的8个性状的遗传力为 0.131—0.313。根据一般经验值,该群体的体长、体厚、背鳍基长、尾柄长属于较低遗传力(h2＜0.15);头长、背吻距、尾柄高为中等水平遗传力(0.15≤h2＜0.30),只有体高为高遗传力性状(h2≥0.30),体高遗传力估计值为0.313±0.086,这与李镕等(2011)对大口黑鲈体高遗传力估计值0.29±0.10类似。本研究显示虹鳟的体尺性状普遍具有中等或较低的遗传力,与先前国外学者(Mckay,1986;Gjerdeet al,1989;Gjedrem,2000)的结果一致。关于遗传相关和表型相关,在多种不同的多性状复合育种技术体系中,都是重要的技术参数,是制定选择指数,采取直接选择或者间接选择育种方案的重要参考依据。本研究结果显示,除背鳍基长外,体厚性状与其他性状的表型相关均较低。这意味着对体厚性状的选择可能并不影响虹鳟鱼二维平面的体型,即可以在不改变虹鳟鱼二维体型的情况下增加体厚,这可以明显提高鱼体的出肉率。因此,这个性状的遗传规律值得我们进一步关注。另外,本研究还发现,体厚与尾柄长的表型相关最低,仅为0.016,且未达到显著(P＞0.05),但 2者的遗传相关为0.247,LRT统计分析达到显著(P＜0.05)。体厚与背鳍基长的表型相关为 0.647,t检验达到显著水平(P＜0.05);但遗传相关仅为0.305,并且LRT统计分析未达到显著(P＞0.05)。上述结果显示并非所有性状的表型相关和遗传相关水平都类似,在设计育种方案时单纯参考表型相关或遗传相关,可能会出现决策失误。建议在设计多性状育种方案时,表型相关和遗传相关都应该纳入参考。

综上所述,本研究开展了虹鳟8个有经济价值的体尺性状遗传和表型参数估计,获得了上述性状的遗传力以及性状间的遗传相关和表型相关等技术参数,对虹鳟体尺性状的遗传规律有了初步的认识,为开展体尺性状的多性状复合育种技术研究奠定了基础。本研究结果对以体尺性状为目标的虹鳟新品种选育以及生产推广的制种繁育技术体系的建立具有一定的参考价值,对提高我国虹鳟养殖业的良种化水平具有积极意义。

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