大刺鰍18月齡體質量的育種值和遺傳力估計

劉艷艷，薛凌展*，傅建軍，吳妹英，陳宇舒，廖夢香，陳度煌，胡振禧，林學文，董在杰，樊海平，吳 斌

(1.福建省淡水水產研究所，福建 福州 350002；2.中國水產科學研究院淡水漁業(yè)研究中心，農業(yè)農村部淡水漁業(yè)與種質資源利用重點實驗室，江蘇 無錫 214081)

大刺鰍(Mastacembelusarmatus)隸屬于合鰓目(Symbranchiformes)、刺鰍科(Mastacembelidae)、刺鰍屬(Mastacembelus)[1-2]，主要分布在福建、廣東、湖南、云南、海南等南方省份[3-4]，屬于淡水名特優(yōu)物種，其味道鮮美，營養(yǎng)價值高，深受山區(qū)人們的喜愛，福建和廣東等地區(qū)的市場價格高達160～200元/kg。關于大刺鰍的人工養(yǎng)殖技術尚未成熟，市場需求主要依靠捕撈野生資源，導致野生資源面臨枯竭的危險[5-6]，因此發(fā)展大刺鰍人工養(yǎng)殖產業(yè)迫在眉睫?，F有的大刺鰍苗種多以野生親本繁殖而來，具有一定的野性，在人工養(yǎng)殖過程中容易出現應激性死亡現象，養(yǎng)殖成活率低。此外，缺乏科學的制種技術工藝和親本管理保存制度，導致市場上流通的苗種種質混亂，遺傳背景不清晰，不利于該物種的產業(yè)化。目前國內外針對大刺鰍開展了大量的研究，主要集中在人工繁殖[7-8]、養(yǎng)殖技術研究[9]、病害防治[10-11]、營養(yǎng)需求[12]、遺傳多樣性分析[13]、生物學特性研究[14]等方面，而針對大刺鰍遺傳育種工作尚未見報道。因此對大刺鰍開展定向遺傳育種改良工作具有重要的意義。

全同胞家系選育是家系選育技術的一種，可分析表型和追溯每個個體的譜系情況，結合數量性狀經過多代定向選育，獲得新品種或新品系，提升養(yǎng)殖效率。目前家系選育已被廣泛應用于凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)[15]、斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)[16]、菲利賓蛤仔(Ruditapesphilippinarum)[17]、大菱鲆(Scophthalmusmaximus)[18]、紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)[19]和大西洋鮭(Salmosalar)[20]等水產動物新品種選育工作。

最佳線性無偏預測法(Best linear unbiased prediction，BLUP)是一種被廣泛應用于水稻、畜牧和苗木的遺傳力和育種值評估方法。相較于其他估算方法，在家系選育中，其能更加精確地估算出每個個體的育種值(Estimated breeding value，EBV)和遺傳力(Heritability)等參數。全同胞家系結合BLUP估算方法，大大提升了繁育親本選擇的準確性，有效縮短了育種周期。該育種方法已在大西洋鮭[21]、羅非魚(Oreochromisniloticus)[22]和銀大馬哈魚(Oncorhynchuskisutch)[23]等選育工作中應用，并獲得相應的新品種和新品系。

在遺傳育種工作中，實現選育對象個體標記同池混養(yǎng)、減少環(huán)境干擾因素是魚類選育的關鍵。常見的標記有外掛式標記(鼻簽、剪鰭、掛牌、烙印、化學腐蝕法等)和內標記(注射染料標記、放射同位素標記、熒光色素標記等)[24]。以上標記方法各有各的缺陷，例如容易丟失、無法辨識、標記難度大、標簽成本高等問題，因而無法被應用于長期選育工作。而被動整合雷達標記(Passive integrated transponder，PIT)[25]實現了個體水平的標記，標記時間長(10年)，適用于魚種和成魚，讀取率高，不易丟失，被廣泛應用于大口黑鱸(Micropterussalmoides)[26]、鯉魚(Cyprinuscarpio)[27]和羅非魚[28]等魚類選育工作中。為進一步探究大刺鰍的選育潛力，本研究以野生大刺鰍為親本，將全同胞家系培育技術、PIT標記技術和BLUP育種值評估技術結合，通過體質量的遺傳力和育種值評估，初步建立了大刺鰍全同胞家系選育技術工藝，為該物種后續(xù)的遺傳改良和持續(xù)選育提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 全同胞家系構建

試驗對象為福建省淡水水產研究所保存在合作基地的大刺鰍全同胞家系。從2020年開始，課題組利用3齡野生成年大刺鰍親本進行人工催產[9]，一對一配對繁殖。授精后采用脫黏劑進行人工脫黏，將每組的受精卵分別放在50 L容器中靜水孵化。水溫控制在26～28℃之間。淘汰受精率和孵化率均低于50%的家系，共計獲得存活大刺鰍全同胞家系17個。

1.2 家系管理

待每個家系的仔魚平游開口后，將其移至苗種培育池(3×667 m2土池)的6 m×1 m×1 m、40目篩絹網中培育，每天投喂豐年蟲、輪蟲及枝角類等生物餌料。培育30 d后轉喂水蚯蚓，此時每個網箱中懸掛一個30 cm×30 cm×15 cm餌料臺。前7 d將水蚯蚓均勻投放到網箱底部，待魚苗轉料成功后，慢慢將投喂范圍縮小，最終收至餌料臺中進行集中投喂，為下一階段的轉料做準備。當魚苗長至5～6 cm后進行馴食轉人工配合飼料。轉料過程為水蚯蚓-水蚯蚓/粉料-粉料，大約需要15 d。人工配合飼料為粉料(鰻粉)，粗蛋白含量為43%～50%，水和粉料的比例為1.1∶1.0～1.2∶1.0。投喂量約占魚體質量的3%～4%，投喂時間為早上8：00，下午16：00。當魚苗培育至8～10 cm/尾時，將培育的網箱換成2.0 m×4.0 m×1.5 m、10目網箱，繼續(xù)培育至30～50 g/尾。

1.3 家系標記及測量

經過18個月的培育，10組家系個體經歷了馴食轉料、苗種培育和成熟發(fā)育等階段。在魚苗達到30～50 g/尾后，注射PIT電子標簽，將其從網箱中移出，放入同一口池塘進行混養(yǎng)比較。待個體成熟后，將其起捕，掃碼稱重，隨機記錄每個家系30尾雄魚和雌魚的體質量。同時統計每個家系的成活率，淘汰成活率低于30%的家系。最后保留了7個家系，分別用A～G標注。

2 數據分析與計算

數據預處理和初步統計分析在SPSS 16.0軟件上完成，利用線性回歸(Linear regression)模塊的Casewise diagnostics項對原始數據進行奇異值檢測；并利用Descriptive statistics和Histogram模塊對數據進行描述性統計、正態(tài)性檢驗和頻率直方圖制作。為了滿足后續(xù)方差分析的要求，利用Transform模塊對偏離正態(tài)分布(Shapiro-Wilk，P<0.01)的原始數據進行自然對數(Ln)轉換并生成新變量。

利用ASReml 3.0軟件實現對育種值的估計，基于動物模型(Animal model)進行分析，采用限制性最大似然法(Restrictied maximum likelihood，REML)迭代運算。分析育種值的數學模型如下：

Yij=μ+fi+ɑij+eij

(1)

公式(1)中，Yij為性狀觀測值；μ為總體平均值；fi為固定效應(池塘和性別效應等)；ɑij為個體加性效應；eij為隨機殘差。

遺傳力(h2)計算公式：

(2)

遺傳力顯著性的t檢驗為：

(3)

公式(3)中，Sh2為遺傳力的標準偏差，n為加性效應的組數。

3 結果與分析

3.1 生長性狀描述性統計

對不同全同胞家系個體的生長性狀數據進行描述性統計，結果如表1所示。不同家系間平均體質量具有明顯的差異，家系間體質量的變異系數主要為15.1%～26.9%，只有F組達到了41.5%。結合偏度值、峰度值和正態(tài)檢驗，對偏離正態(tài)分布的數據經Ln轉換后生產新的變量(圖1～圖4)。從不同家系的平均體質量分析，家系B的雄魚和雌魚體質量均為最大，分別為(286.67±50.43)g/ind和(186.67±42.68)g/ind。家系F的雄魚和雌魚體質量均為最小，分別為(158.63±65.84)g/ind和(73.47±17.58)g/ind。

表1 大刺鰍全同胞家系生長性狀的描述性統計

3.2 不同家系育種值評估

利用ASReml軟件對個體的BLUP育種值進行評估，分別選取育種值排名前50的雌魚和雄魚個體。如表2和表3所示，雌魚育種值前50的個體主要集中在家系B、E和D中，其中育種值前24名均為家系B個體，育種值范圍為38.45～67.49。雄魚育種值前50的個體主要集中在家系B、E和C中，其中育種值前19名均為家系B的個體，育種值范圍為48.81～75.09。

表2 育種值排名前50的大刺鰍雌魚

續(xù)表2

續(xù)表2

表3 育種值排名前50的大刺鰍雄魚

續(xù)表3

續(xù)表3

在水產動物遺傳育種中，對遺傳力水平未有權威的劃分規(guī)則，參照家畜育種上的劃分原則，將h2<0.15劃分為低遺傳力，0.150.30劃分為高遺傳力。本研究檢測的18月齡大刺鰍體質量的方差組分評估結果如表4所示，遺傳力達到了(0.468 1±0.173 7)，屬于高遺傳力。經t檢驗，結果如表5所示，全同胞家系的遺傳力估值具有統計學意義，體質量達到極顯著水平(P<0.01)，說明參數估值準確度較高，在實際育種過程中可作為參考。

表4 大刺鰍18月齡體質量的方差組分估計結果

表5 遺傳力評估值的t檢驗結果

在對雌、雄進行分開統計的情況下，表型值和育種值相關性極高。如圖5和圖6所示，雄魚的育種值和體質量之間成線性關系，回歸方程為y=0.393 6x-84.193 0(R2=0.755 4，P<0.01)，雌魚的育種值和體質量之間也呈線性關系，回歸方程為y=0.517x-64.126(R2=0.817 8，P<0.01)。因此，在選育過程中利用表型值或BLUP育種值的選擇過程中均需考慮性別因素的影響。

4 討論

水產動物遺傳育種一直是我國漁業(yè)產業(yè)發(fā)展的重點工作，經過幾十年的努力，目前通過國家原良種委員會審定的新品種有200多種，為我國漁業(yè)的高質量發(fā)展作出了重要貢獻。家系選育技術由于其系譜清晰、可延緩近交衰退、縮短育種年限、選育效果好并可為分子育種奠定基礎等優(yōu)勢，是目前水產品獲得優(yōu)良品系的重要方式之一。家系選育技術結合BLUP育種值和遺傳力評估方法，可實現精準育種，大大提升育種效率。例如Neira R等[22]采用BLUP開展了4代銀大馬哈魚的人工選育工作，平均每代的體質量增加了13.9%；Gall G A E等[28]采用BLUP對羅非魚進行連續(xù)3代選育，與群體選育相比，選育系平均體質量增加40.0%。我國在鯉和草魚的育種實踐中，基于BLUP育種值的家系選育也取得了較大的進展[29-30]。

本文利用人工繁殖方法構建大刺鰍全同胞家系選育的基礎群體(F0)，在經過18個月的培育后，獲得7個有效家系的雌魚和雄魚的體質量數據。采用單性狀動物模型，以各家系個體的體質量為協變量，通過BLUP估算每個個體的育種值和遺傳力。結果表明，體質量與育種值之間呈線型關系，體質量與育種值呈正相關，雄魚回歸方程為y=0.393 6x-84.193 0(R2=0.755 4)；雌魚回歸方程為y= 0.517x-64.126(R2=0.817 8)。育種值前50的雌性個體主要集中在家系B、E和D中，尤其是家系B，雌性育種值前23和雄性育種值前19均為該家系個體。本文的分析結果顯示18月齡大刺鰍全同胞家系的體質量遺傳力較高，達到了(0.468 1±0.173 7)，t檢驗P<0.01。這與朱文彬等[31]研究結果相近，30日齡鳙魚體質量和體長的遺傳力估值分別為0.47和0.49，且均達到極顯著水平。傅建軍等[32]研究也發(fā)現4月齡草魚幼魚的體質量和全長的遺傳力分別為(0.34±0.15)和(0.33±0.13)，且二者與遺傳力呈極顯著正相關。以上結果說明了數量性狀在很多魚類中出現了較高的遺傳力，但是在鯉[29]、羅非魚[33]和鱘魚[34]等部分魚類中則出現了相反的結果。造成遺傳力估值差異的因素有養(yǎng)殖環(huán)境、分析模型和數量性狀的采集時間等。因此，在家系選育及遺傳力評估工作中應重視統計分析模型的選擇，采用動物模型和REML運算可以降低遺傳參數估計造成的偏差，同時應保持養(yǎng)殖環(huán)境條件穩(wěn)定，統一樣品采集時間節(jié)點，可提升遺傳力評估準確性。此外，在后續(xù)制定育種方案時有必要構建更多的家系，并在逐代個體選擇過程中兼顧個體的家系來源，避免近交水平的積累。

5 結論

體質量作為大刺鰍的家系選育主要形態(tài)學指標與性別具有明顯的相關性，因此在今后的育種中應考慮性別的因素。從本研究的分析結果看，雌雄育種值最高的個體均出現在全同胞家系B中，PIT-900111881517645雄魚育種值最高，為75.09，PIT-900111881517648雌魚育種值最高，為67.49；其次，全同胞家系E中PIT-900219000981542雄魚育種值最高，為47.51，PIT-900219000981477雌魚育種值最高，為37.47。以上2個家系育種值較靠前的個體，可作為下一代繁育的主要親本，進行跨家系自由組合配對，提升下一代大刺鰍個體的生長性能。