三角帆蚌金色品系生长性状遗传参数及基因型与环境互作效应分析

何志然，胡宏辉，冯上乐，李家乐，白志毅，2，3*

(1.上海海洋大学 农业农村部淡水水产种质资源重点实验室，上海 201306；2.上海市水产养殖工程技术研究中心，上海 201306；3.水产动物遗传育种中心上海市协同创新中心，上海 201306)

三角帆蚌Hyriopsiscumingii是中国重要的淡水育珠蚌，中国淡水珍珠产量占世界90%以上，其中80%以上是由三角帆蚌培育[1-3]。但由于淡水珍珠产品同质化、色调单一等问题，珍珠价格提升缓慢，竞争力减弱，并造成中国淡水珍珠产业“高产低值”现象[4]，在珍珠市场上，大溪地产的黑色珍珠、澳大利亚产的金色珍珠及三角帆蚌“申紫1号”培育的紫色珍珠等都是珍珠饰品中的佳品。其中，三角帆蚌“申紫1号”新品种的培育实现了紫色珍珠的定向培育，显著提升了珍珠品质和价值，并开启了定向培育彩色淡水珍珠之路。近年来，金色珍珠已成为消费者喜欢的高端珍珠产品，本实验室也开展了淡水金色珍珠品系三角帆蚌的选育工作。

遗传参数和基因环境互作效应评估是选择育种的基础性工作[5-7]，遗传参数的评估关系到整个育种计划的可行性、遗传改良进展预测的准确性和良种推广区域的适用性，对目标性状的遗传参数进行准确的评估可显著提升育种工作的效率[8]。前期研究表明，三角帆蚌生长性状不仅直接影响珍珠的大小、圆度、珍珠层厚度(有核珍珠)等珍珠品质，而且还影响珍珠产量[9-10]。在珍珠蚌良种培育过程中，生长性状是优先考虑的重要性状。为此，本研究中建立了三角帆蚌金色品系家系，以生长性状为选育指标，选取早期幼蚌(5月龄)和插珠前期小蚌(17月龄)两个三角帆蚌选育关键时期，估算金色品系三角帆蚌生长性状的遗传力、遗传相关系数(遗传相关)、表型相关系数(表型相关)及基因型与环境互作效应，旨在为三角帆蚌金色品系生长性状及产珠性能遗传改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用三角帆蚌金色品系亲蚌来自浙江省金华市武义伟民水产养殖有限公司。

1.2 方法

1.2.1 亲本繁育 选取健康、活力强、性腺发育良好的三角帆蚌金色品系母蚌19个和雄蚌9个进行随机交配，于2017年5月份在该公司进行繁育。将所选亲本挂养于单独的养殖池塘中, 利用网箱进行隔离, 按三角帆蚌繁育基本步骤在温室大棚内进行寄苗、脱苗、流水培育等工作，共得到三角帆蚌金色品系19个母系半同胞家系。当蚌苗在育苗池中生长至2 cm左右时，将蚌苗置于加有底泥的网箱(40.0 cm×40.0 cm×12.0 cm)内挂养，然后分别悬挂于浙江武义伟民水产养殖有限公司养殖池塘和上海海洋大学崇明基地养殖池塘中，每个家系在两基地均悬挂4个网箱，每个网箱约100只稚蚌，按照出池顺序(1～19)每个网箱中放置防水并写有数字的硬壳标签用以区分家系，定期进行施肥管理操作。

1.2.2 取样与生长性状测量 于同年10月分别从两地每个家系中选取3个网箱进行选育工作，主要从壳长、壳宽、体质量和颜色(金色壳色)方面进行选育，选择标准为生长性状50%、壳色50%，最终每个网箱保留约25只幼蚌用于本试验及后期的选育工作，在三角帆蚌5月龄和17月龄时，使用游标卡尺随机对其中的每个母系半同胞家系的15只蚌进行壳长、壳高和壳宽的测量(精确到0.01 cm)，采用电子托盘天平对体质量进行测量(精确到 0.01 g)，两地19个家系共测量570个样本。

1.2.3 系谱鉴定 金色品系三角帆蚌19月龄时，采用海洋动物组织基因组DNA提取试剂盒(天根生化科技有限公司)对样本进行DNA提取。利用本课题组开发的HcuCA005、HcuCA007、HcuCA0057、HcuCA0049[11]、HcuCA0385 和 Hce35[12]6对微卫星引物(表1)进行系谱鉴定。PCR反应体系(20 μL)包含： 2×Taq PCR MasterMix(天根生化科技有限公司)10 μL，基因组 DNA(50 ng/μL)3 μL，上、下游引物(10 mmol/L)各 0.5 μL，用无菌双蒸水补足至20 μL。

PCR扩增程序为: 94 ℃下预变性3 min；94 ℃下循环变性30 s，退火复性30 s(引物退火温度见表1)，72 ℃下延伸30 s，共进行35个循环；最后在72 ℃下再延伸 10 min，于4 ℃ 保存。将扩增后的荧光 PCR 产物送至上海迈普生物科技有限公司进行STR 分型。

表1 三角帆蚌6对微卫星引物特征Tab.1 Repeat motif and relevant primer characteristics of six microsatellites in freshwater mussel Hyriopsis cumingii

1.3 数据处理

将微卫星标记所得数据整理后利用Cervus 3.0软件和Popgen 3.2软件进行系谱分析和期望杂合度(He)、观测杂合度(Ho)、多态信息含量(PIC)、等位基因数(K)和无效等位基因(null)等参数的分析[13]。

采用SPSS 24.0软件对试验数据进行初步分析。通过建立混合线性模型，采用Asreml-R 3.0软件估计金色品系三角帆蚌生长性状方差组分，估算遗传参数和分析基因型与环境互作效应.模型计算公式为

y=Xb+Zα+e。

其中：y为每个性状(壳长、壳高、壳宽、体质量)的观测值；b为固定效应(地点)；α为随机效应(每个地点的家系)；e为随机误差效应；X和Z为相关效应的矩阵。

2 结果与分析

2.1 亲子鉴定及遗传多样性

采用6对微卫星标记，对2个环境养殖的三角帆蚌金色品系子一代(19月龄)570个个体进行亲子鉴定，其中，504个体的亲本来源清晰，这些个体来自19个母本和9个父本交配产生的41个全同胞家系(F1～F41)。

从表2可见：金色品系的群体平均等位基因数为13，平均观测杂合度Ho达到0.805，平均期望杂合度He达到0.842，平均多态信息含量PIC为0.819，遗传多样性较高。

表2 三角帆蚌金色品系遗传多态性分析(17月龄)

2.2 各家系三角帆蚌生长性状比较分析

崇明养殖环境下，17月龄三角帆蚌壳长按最优依次排序的5个家系为F30>F29>F24>F25>F12，壳高按最优依次排序的5个家系为F30>F29>F24>F25>F12，壳宽按最优依次排序的5个家系为F29>F30>F4>F5>F24，体质量按最优依次排序的5个家系为F30>F29>F25>F24>F12(表3)。

表3 17月龄崇明三角帆蚌前5家系各生长性状Tab.3 Growth traits of 17 months old freshwater mussel Hyriopsis cumingii in top five families cultured in Chongming

武义养殖环境下，17月龄三角帆蚌壳长按最优依次排序的5个家系为F24>F25>F19>F18>F21，壳高按最优依次排序的5个家系为F24>F25>F12>F13>F19，壳宽按最优依次排序的5个家系为F24>F25>F19>F18>F21，体质量按最优依次排序的5个家系为F24>F25>F19>F18>F12(表4)。

表4 17月龄武义三角帆蚌前5家系各生长性状Tab.4 Growth traits of 17 months old freshwater mussel Hyriopsis cumingii in top five families cultured in Wuyi

2.3 5、17月龄三角帆蚌生长性状遗传力、遗传相关和表型相关

从表5可见：三角帆蚌壳长、壳高、壳宽和体质量的遗传力在5月份时分别为0.18±0.07、0.19±0.03、0.22±0.09、0.18±0.09，属于中等遗传力，各性状间遗传相关范围为(0.84±0.02)～(0.96±0.07)，表型相关范围为(0.56±0.02)～(0.92±0.04)；三角帆蚌壳长、壳高、壳宽和体质量的遗传力在17月龄时分别为0.26±0.22、0.30±0.16、0.30±0.09、0.23±0.25，属于中等遗传力，各性状间遗传相关范围为(0.52±0.03)～(0.97±0.06)，表型相关范围为(0.45±0.02)～(0.91±0.01)。

表5 5、17月龄三角帆蚌金色选育系生长性状的遗传力(对角线)、遗传相关(下三角) 和表型相关(上三角)

2.4 基因型与环境互作效应

从表6可见：通过分析同一性状在两个地点的遗传相关，得到5月龄时各性状遗传相关范围为(0.53±0.14)～(0.57±0.12)，17月龄时遗传相关范围为(0.27±0.08)～(0.31±0.09)，遗传相关均低于0.8，说明生长性状在武义和崇明两地间存在显著的基因型与环境互作效应；5月龄两地各生长性状的遗传相关均大于17月龄，说明随着养殖周期的延长，基因型与环境互作效应更加明显。

表6 武义和崇明两地间5、17月龄三角帆蚌各性状的遗传相关(rb)

3 讨论

3.1 金色品系三角帆蚌群体遗传多样性和优良家系

三角帆蚌“申紫1号”的育成对中国淡水彩色珍珠定向培育具有重要意义。近年来，金色珍珠颇受市场的欢迎，因此，淡水珍珠养殖产业迫切需求产金色珍珠的三角帆蚌良种。本研究中收集了金色内壳色的三角帆蚌，通过研究金色品系三角帆蚌各性状的遗传参数，可为后期的选择育种和定向培育金色珍珠提供相关理论依据。在繁育过程中，三角帆蚌存在母蚌怀卵和一雌多雄受精现象[14]，这些繁殖生物学特征，方便了三角帆蚌母本半同胞家系的建立，但父本系谱信息需要亲子鉴定技术进行分析，本试验中将实验室前期建立的亲子鉴定技术应用于其中，证实该鉴定技术在金色品系三角帆蚌选育群体中仍适用。

本试验中，金色品系群体观测杂合度为0.805，期望杂合度为0.842，多态信息含量为0.819，这表明选育群体具有较高的遗传多样性，选育潜力较大，该结果高于李清清[9]分析的紫色三角帆蚌F5群体，这与金色品系仍处于选育初期有关，随着选育工作的深入，群体遗传多样性通常会略有降低。

本试验中，17月龄上海崇明的F12、F24、F25、F29和F30号家系表现最优，浙江武义的F18、F19、F21、F24和F25号家系表现最优，这说明养殖环境对三角帆蚌的生长影响较大，其中，F24、F25号家系在两地均表现优良，对环境具有更广的适应性，上述结果为家系选留提供了科学参考。

3.2 金色品系三角帆蚌生长性状遗传参数分析

相关研究表明，三角帆蚌的产珠量、珍珠规格、圆度与生长性状显著相关[10]，对马氏珠母贝Pinctadamartensi的研究表明，体质量较大的育珠贝所产的珍珠质量较优[15]，因此，生长性状已在珍珠蚌育种实践中作为重要的育珠性状进行遗传改良。遗传力高低是估计育种效果的重要参数之一，遗传力越高选育效果越好，选育进展越快。高等遗传力代表该性状遗传力数值大于0.3，中等遗传力代表该性状遗传力数值为0.15～0.30，低等遗传力代表该性状遗传力数值小于0.15[8]，长牡蛎Crassostreagigas壳长、壳宽、壳高、体质量的遗传力为0.08～0.35[16]，大珠母贝的遗传力为0.15～0.23[17]，本研究中，5月龄和17月龄金色品系三角帆蚌各形状的遗传力分别为0.08～0.22、0.23～0.30，生长性状均表现出中等遗传力，说明金色品系三角帆蚌在早期幼蚌和插核前期小蚌两个时期选育均可达到良好的选育效果。本研究中分析发现，17月龄时壳长与体质量遗传力标准差较大，这可能与三角帆蚌在生长过程中壳长和体质量的生长幅度变化较大有关，5月龄—17月龄阶段属于三角帆蚌生长的快速期，不同的个体间壳长和体质量均有较大差异。本研究中的金色品系生长性状遗传力较李清清[9]、王照旗等[7]研究的紫色品系三角帆蚌生长性状遗传力略小，这可能与两品系种质不同有关，之前Bai等[14]的研究表明，三角帆蚌生长性状与壳色性状遗传相关、表型相关不显著，但仅局限于紫色品系三角帆蚌，关于种质与遗传力的关系有还待进一步研究。

本试验中还分析了壳长、壳高、壳宽和体质量在金色品系三角帆蚌两种月龄中的相关性(遗传相关和表型相关)，结果表明，两种月龄各性状间均呈显著正相关，其中遗传相关范围为(0.52±0.03)～(0.97±0.06)，表型相关范围为(0.45±0.91)～(0.92±0.04)。两种月龄所有相关中，壳长与体质量的相关性最高，均在0.9以上，且壳长和体质量与其他性状的相关性都较高，这与金武等[6]、王照旗等[7]对紫色家系1龄蚌的研究结果相一致。结合本试验研究结果，在对金色品系三角帆蚌子二代的选育过程中可以优先对壳长和体质量进行选育，不仅可对其他生长性状进行改良，也可对以后的育珠性能有一定的改良，这对提高选育效率和育珠性能具有重要意义。因此，本研究结果可为开展金色品系三角帆蚌选育工作和预测选育进展等提供科学依据。

4 结论

1)该群体金色品系三角帆蚌具有较高的遗传多样性，选育潜力较大。

2)金色品系三角帆蚌各生长性状在5月龄和17月龄时均属中等遗传力，各生长性状之间具有较显著的遗传相关性，可以间接选择。

3)金色品系三角帆蚌的生长性状具有较明显的基因型与环境互作效应，不同的养殖环境影响其生长情况，因此，以后推广该品系时需要充分考虑这些因素。