三角帆蚌金色品系生長性狀遺傳參數(shù)及基因型與環(huán)境互作效應(yīng)分析

何志然，胡宏輝，馮上樂，李家樂，白志毅，2，3*

(1.上海海洋大學 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點實驗室，上海 201306；2.上海市水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，上海 201306；3.水產(chǎn)動物遺傳育種中心上海市協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306)

三角帆蚌Hyriopsiscumingii是中國重要的淡水育珠蚌，中國淡水珍珠產(chǎn)量占世界90%以上，其中80%以上是由三角帆蚌培育[1-3]。但由于淡水珍珠產(chǎn)品同質(zhì)化、色調(diào)單一等問題，珍珠價格提升緩慢，競爭力減弱，并造成中國淡水珍珠產(chǎn)業(yè)“高產(chǎn)低值”現(xiàn)象[4]，在珍珠市場上，大溪地產(chǎn)的黑色珍珠、澳大利亞產(chǎn)的金色珍珠及三角帆蚌“申紫1號”培育的紫色珍珠等都是珍珠飾品中的佳品。其中，三角帆蚌“申紫1號”新品種的培育實現(xiàn)了紫色珍珠的定向培育，顯著提升了珍珠品質(zhì)和價值，并開啟了定向培育彩色淡水珍珠之路。近年來，金色珍珠已成為消費者喜歡的高端珍珠產(chǎn)品，本實驗室也開展了淡水金色珍珠品系三角帆蚌的選育工作。

遺傳參數(shù)和基因環(huán)境互作效應(yīng)評估是選擇育種的基礎(chǔ)性工作[5-7]，遺傳參數(shù)的評估關(guān)系到整個育種計劃的可行性、遺傳改良進展預(yù)測的準確性和良種推廣區(qū)域的適用性，對目標性狀的遺傳參數(shù)進行準確的評估可顯著提升育種工作的效率[8]。前期研究表明，三角帆蚌生長性狀不僅直接影響珍珠的大小、圓度、珍珠層厚度(有核珍珠)等珍珠品質(zhì)，而且還影響珍珠產(chǎn)量[9-10]。在珍珠蚌良種培育過程中，生長性狀是優(yōu)先考慮的重要性狀。為此，本研究中建立了三角帆蚌金色品系家系，以生長性狀為選育指標，選取早期幼蚌(5月齡)和插珠前期小蚌(17月齡)兩個三角帆蚌選育關(guān)鍵時期，估算金色品系三角帆蚌生長性狀的遺傳力、遺傳相關(guān)系數(shù)(遺傳相關(guān))、表型相關(guān)系數(shù)(表型相關(guān))及基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，旨在為三角帆蚌金色品系生長性狀及產(chǎn)珠性能遺傳改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用三角帆蚌金色品系親蚌來自浙江省金華市武義偉民水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司。

1.2 方法

1.2.1 親本繁育 選取健康、活力強、性腺發(fā)育良好的三角帆蚌金色品系母蚌19個和雄蚌9個進行隨機交配，于2017年5月份在該公司進行繁育。將所選親本掛養(yǎng)于單獨的養(yǎng)殖池塘中, 利用網(wǎng)箱進行隔離, 按三角帆蚌繁育基本步驟在溫室大棚內(nèi)進行寄苗、脫苗、流水培育等工作，共得到三角帆蚌金色品系19個母系半同胞家系。當蚌苗在育苗池中生長至2 cm左右時，將蚌苗置于加有底泥的網(wǎng)箱(40.0 cm×40.0 cm×12.0 cm)內(nèi)掛養(yǎng)，然后分別懸掛于浙江武義偉民水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司養(yǎng)殖池塘和上海海洋大學崇明基地養(yǎng)殖池塘中，每個家系在兩基地均懸掛4個網(wǎng)箱，每個網(wǎng)箱約100只稚蚌，按照出池順序(1～19)每個網(wǎng)箱中放置防水并寫有數(shù)字的硬殼標簽用以區(qū)分家系，定期進行施肥管理操作。

1.2.2 取樣與生長性狀測量 于同年10月分別從兩地每個家系中選取3個網(wǎng)箱進行選育工作，主要從殼長、殼寬、體質(zhì)量和顏色(金色殼色)方面進行選育，選擇標準為生長性狀50%、殼色50%，最終每個網(wǎng)箱保留約25只幼蚌用于本試驗及后期的選育工作，在三角帆蚌5月齡和17月齡時，使用游標卡尺隨機對其中的每個母系半同胞家系的15只蚌進行殼長、殼高和殼寬的測量(精確到0.01 cm)，采用電子托盤天平對體質(zhì)量進行測量(精確到 0.01 g)，兩地19個家系共測量570個樣本。

1.2.3 系譜鑒定 金色品系三角帆蚌19月齡時，采用海洋動物組織基因組DNA提取試劑盒(天根生化科技有限公司)對樣本進行DNA提取。利用本課題組開發(fā)的HcuCA005、HcuCA007、HcuCA0057、HcuCA0049[11]、HcuCA0385 和 Hce35[12]6對微衛(wèi)星引物(表1)進行系譜鑒定。PCR反應(yīng)體系(20 μL)包含： 2×Taq PCR MasterMix(天根生化科技有限公司)10 μL，基因組 DNA(50 ng/μL)3 μL，上、下游引物(10 mmol/L)各 0.5 μL，用無菌雙蒸水補足至20 μL。

PCR擴增程序為: 94 ℃下預(yù)變性3 min；94 ℃下循環(huán)變性30 s，退火復(fù)性30 s(引物退火溫度見表1)，72 ℃下延伸30 s，共進行35個循環(huán)；最后在72 ℃下再延伸 10 min，于4 ℃ 保存。將擴增后的熒光 PCR 產(chǎn)物送至上海邁普生物科技有限公司進行STR 分型。

表1 三角帆蚌6對微衛(wèi)星引物特征Tab.1 Repeat motif and relevant primer characteristics of six microsatellites in freshwater mussel Hyriopsis cumingii

1.3 數(shù)據(jù)處理

將微衛(wèi)星標記所得數(shù)據(jù)整理后利用Cervus 3.0軟件和Popgen 3.2軟件進行系譜分析和期望雜合度(He)、觀測雜合度(Ho)、多態(tài)信息含量(PIC)、等位基因數(shù)(K)和無效等位基因(null)等參數(shù)的分析[13]。

采用SPSS 24.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行初步分析。通過建立混合線性模型，采用Asreml-R 3.0軟件估計金色品系三角帆蚌生長性狀方差組分，估算遺傳參數(shù)和分析基因型與環(huán)境互作效應(yīng).模型計算公式為

y=Xb+Zα+e。

其中：y為每個性狀(殼長、殼高、殼寬、體質(zhì)量)的觀測值；b為固定效應(yīng)(地點)；α為隨機效應(yīng)(每個地點的家系)；e為隨機誤差效應(yīng)；X和Z為相關(guān)效應(yīng)的矩陣。

2 結(jié)果與分析

2.1 親子鑒定及遺傳多樣性

采用6對微衛(wèi)星標記，對2個環(huán)境養(yǎng)殖的三角帆蚌金色品系子一代(19月齡)570個個體進行親子鑒定，其中，504個體的親本來源清晰，這些個體來自19個母本和9個父本交配產(chǎn)生的41個全同胞家系(F1～F41)。

從表2可見：金色品系的群體平均等位基因數(shù)為13，平均觀測雜合度Ho達到0.805，平均期望雜合度He達到0.842，平均多態(tài)信息含量PIC為0.819，遺傳多樣性較高。

表2 三角帆蚌金色品系遺傳多態(tài)性分析(17月齡)

2.2 各家系三角帆蚌生長性狀比較分析

崇明養(yǎng)殖環(huán)境下，17月齡三角帆蚌殼長按最優(yōu)依次排序的5個家系為F30>F29>F24>F25>F12，殼高按最優(yōu)依次排序的5個家系為F30>F29>F24>F25>F12，殼寬按最優(yōu)依次排序的5個家系為F29>F30>F4>F5>F24，體質(zhì)量按最優(yōu)依次排序的5個家系為F30>F29>F25>F24>F12(表3)。

表3 17月齡崇明三角帆蚌前5家系各生長性狀Tab.3 Growth traits of 17 months old freshwater mussel Hyriopsis cumingii in top five families cultured in Chongming

武義養(yǎng)殖環(huán)境下，17月齡三角帆蚌殼長按最優(yōu)依次排序的5個家系為F24>F25>F19>F18>F21，殼高按最優(yōu)依次排序的5個家系為F24>F25>F12>F13>F19，殼寬按最優(yōu)依次排序的5個家系為F24>F25>F19>F18>F21，體質(zhì)量按最優(yōu)依次排序的5個家系為F24>F25>F19>F18>F12(表4)。

表4 17月齡武義三角帆蚌前5家系各生長性狀Tab.4 Growth traits of 17 months old freshwater mussel Hyriopsis cumingii in top five families cultured in Wuyi

2.3 5、17月齡三角帆蚌生長性狀遺傳力、遺傳相關(guān)和表型相關(guān)

從表5可見：三角帆蚌殼長、殼高、殼寬和體質(zhì)量的遺傳力在5月份時分別為0.18±0.07、0.19±0.03、0.22±0.09、0.18±0.09，屬于中等遺傳力，各性狀間遺傳相關(guān)范圍為(0.84±0.02)～(0.96±0.07)，表型相關(guān)范圍為(0.56±0.02)～(0.92±0.04)；三角帆蚌殼長、殼高、殼寬和體質(zhì)量的遺傳力在17月齡時分別為0.26±0.22、0.30±0.16、0.30±0.09、0.23±0.25，屬于中等遺傳力，各性狀間遺傳相關(guān)范圍為(0.52±0.03)～(0.97±0.06)，表型相關(guān)范圍為(0.45±0.02)～(0.91±0.01)。

表5 5、17月齡三角帆蚌金色選育系生長性狀的遺傳力(對角線)、遺傳相關(guān)(下三角) 和表型相關(guān)(上三角)

2.4 基因型與環(huán)境互作效應(yīng)

從表6可見：通過分析同一性狀在兩個地點的遺傳相關(guān)，得到5月齡時各性狀遺傳相關(guān)范圍為(0.53±0.14)～(0.57±0.12)，17月齡時遺傳相關(guān)范圍為(0.27±0.08)～(0.31±0.09)，遺傳相關(guān)均低于0.8，說明生長性狀在武義和崇明兩地間存在顯著的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)；5月齡兩地各生長性狀的遺傳相關(guān)均大于17月齡，說明隨著養(yǎng)殖周期的延長，基因型與環(huán)境互作效應(yīng)更加明顯。

表6 武義和崇明兩地間5、17月齡三角帆蚌各性狀的遺傳相關(guān)(rb)

3 討論

3.1 金色品系三角帆蚌群體遺傳多樣性和優(yōu)良家系

三角帆蚌“申紫1號”的育成對中國淡水彩色珍珠定向培育具有重要意義。近年來，金色珍珠頗受市場的歡迎，因此，淡水珍珠養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)迫切需求產(chǎn)金色珍珠的三角帆蚌良種。本研究中收集了金色內(nèi)殼色的三角帆蚌，通過研究金色品系三角帆蚌各性狀的遺傳參數(shù)，可為后期的選擇育種和定向培育金色珍珠提供相關(guān)理論依據(jù)。在繁育過程中，三角帆蚌存在母蚌懷卵和一雌多雄受精現(xiàn)象[14]，這些繁殖生物學特征，方便了三角帆蚌母本半同胞家系的建立，但父本系譜信息需要親子鑒定技術(shù)進行分析，本試驗中將實驗室前期建立的親子鑒定技術(shù)應(yīng)用于其中，證實該鑒定技術(shù)在金色品系三角帆蚌選育群體中仍適用。

本試驗中，金色品系群體觀測雜合度為0.805，期望雜合度為0.842，多態(tài)信息含量為0.819，這表明選育群體具有較高的遺傳多樣性，選育潛力較大，該結(jié)果高于李清清[9]分析的紫色三角帆蚌F5群體，這與金色品系仍處于選育初期有關(guān)，隨著選育工作的深入，群體遺傳多樣性通常會略有降低。

本試驗中，17月齡上海崇明的F12、F24、F25、F29和F30號家系表現(xiàn)最優(yōu)，浙江武義的F18、F19、F21、F24和F25號家系表現(xiàn)最優(yōu)，這說明養(yǎng)殖環(huán)境對三角帆蚌的生長影響較大，其中，F(xiàn)24、F25號家系在兩地均表現(xiàn)優(yōu)良，對環(huán)境具有更廣的適應(yīng)性，上述結(jié)果為家系選留提供了科學參考。

3.2 金色品系三角帆蚌生長性狀遺傳參數(shù)分析

相關(guān)研究表明，三角帆蚌的產(chǎn)珠量、珍珠規(guī)格、圓度與生長性狀顯著相關(guān)[10]，對馬氏珠母貝Pinctadamartensi的研究表明，體質(zhì)量較大的育珠貝所產(chǎn)的珍珠質(zhì)量較優(yōu)[15]，因此，生長性狀已在珍珠蚌育種實踐中作為重要的育珠性狀進行遺傳改良。遺傳力高低是估計育種效果的重要參數(shù)之一，遺傳力越高選育效果越好，選育進展越快。高等遺傳力代表該性狀遺傳力數(shù)值大于0.3，中等遺傳力代表該性狀遺傳力數(shù)值為0.15～0.30，低等遺傳力代表該性狀遺傳力數(shù)值小于0.15[8]，長牡蠣Crassostreagigas殼長、殼寬、殼高、體質(zhì)量的遺傳力為0.08～0.35[16]，大珠母貝的遺傳力為0.15～0.23[17]，本研究中，5月齡和17月齡金色品系三角帆蚌各形狀的遺傳力分別為0.08～0.22、0.23～0.30，生長性狀均表現(xiàn)出中等遺傳力，說明金色品系三角帆蚌在早期幼蚌和插核前期小蚌兩個時期選育均可達到良好的選育效果。本研究中分析發(fā)現(xiàn)，17月齡時殼長與體質(zhì)量遺傳力標準差較大，這可能與三角帆蚌在生長過程中殼長和體質(zhì)量的生長幅度變化較大有關(guān)，5月齡—17月齡階段屬于三角帆蚌生長的快速期，不同的個體間殼長和體質(zhì)量均有較大差異。本研究中的金色品系生長性狀遺傳力較李清清[9]、王照旗等[7]研究的紫色品系三角帆蚌生長性狀遺傳力略小，這可能與兩品系種質(zhì)不同有關(guān)，之前Bai等[14]的研究表明，三角帆蚌生長性狀與殼色性狀遺傳相關(guān)、表型相關(guān)不顯著，但僅局限于紫色品系三角帆蚌，關(guān)于種質(zhì)與遺傳力的關(guān)系有還待進一步研究。

本試驗中還分析了殼長、殼高、殼寬和體質(zhì)量在金色品系三角帆蚌兩種月齡中的相關(guān)性(遺傳相關(guān)和表型相關(guān))，結(jié)果表明，兩種月齡各性狀間均呈顯著正相關(guān)，其中遺傳相關(guān)范圍為(0.52±0.03)～(0.97±0.06)，表型相關(guān)范圍為(0.45±0.91)～(0.92±0.04)。兩種月齡所有相關(guān)中，殼長與體質(zhì)量的相關(guān)性最高，均在0.9以上，且殼長和體質(zhì)量與其他性狀的相關(guān)性都較高，這與金武等[6]、王照旗等[7]對紫色家系1齡蚌的研究結(jié)果相一致。結(jié)合本試驗研究結(jié)果，在對金色品系三角帆蚌子二代的選育過程中可以優(yōu)先對殼長和體質(zhì)量進行選育，不僅可對其他生長性狀進行改良，也可對以后的育珠性能有一定的改良，這對提高選育效率和育珠性能具有重要意義。因此，本研究結(jié)果可為開展金色品系三角帆蚌選育工作和預(yù)測選育進展等提供科學依據(jù)。

4 結(jié)論

1)該群體金色品系三角帆蚌具有較高的遺傳多樣性，選育潛力較大。

2)金色品系三角帆蚌各生長性狀在5月齡和17月齡時均屬中等遺傳力，各生長性狀之間具有較顯著的遺傳相關(guān)性，可以間接選擇。

3)金色品系三角帆蚌的生長性狀具有較明顯的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，不同的養(yǎng)殖環(huán)境影響其生長情況，因此，以后推廣該品系時需要充分考慮這些因素。