虹鱒(Oncorhynchus mykiss)選育群體主要體尺性狀表型和遺傳相關(guān)分析*

戶 國 谷 偉 姜再勝, 白慶利 王炳謙①

(1.中國水產(chǎn)科學研究院黑龍江水產(chǎn)研究所淡水魚類育種國家地方聯(lián)合工程實驗室 哈爾濱 150070;2.上海海洋大學水產(chǎn)與生命學院 上海 201306)

虹鱒(Oncorhynchus mykiss)屬鮭形目(Salmoniformes),鮭科(Salmonidae),鮭亞科(Salmoninae),大麻哈魚屬(Oncorhynchus),原產(chǎn)于北美地區(qū),是世界重要經(jīng)濟養(yǎng)殖魚類之一,適合我國北方高寒地區(qū)以及有冷水資源分布地區(qū)養(yǎng)殖(范兆廷等,2008)。自1959年引入我國后,經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展,我國虹鱒養(yǎng)殖已遍布全國,據(jù)聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計數(shù)據(jù)(FAO,2012),2010年度世界虹鱒總產(chǎn)量為72.88萬噸,中國大陸虹鱒總產(chǎn)量為1.64萬噸,僅占世界總產(chǎn)量的2.25%。為滿足虹鱒養(yǎng)殖業(yè)對良種的迫切需求,我國從 2001年起開始組建基礎群,2004年開始虹鱒大規(guī)模家系選育工作,目前已取得了較好的選育效果(王炳謙等,2012)。

體尺性狀(Body measurement trait)是指以長度為單位度量的身體結(jié)構(gòu)性狀,是與生長相關(guān)的重要經(jīng)濟性狀。目前,國內(nèi)科研工作者已對水產(chǎn)動物體質(zhì)量、生存性狀和體尺性狀的遺傳參數(shù)估計有較多研究(馬愛軍等,2008,2009;王炳謙等,2009a;田永勝等,2009;劉永新等,2010;高保全等,2010;孫長森等,2010;李镕等,2011;劉寶鎖等,2011;欒生等,2012)。在我國已開展的虹鱒育種工作中,對體長以外的體尺性狀的遺傳參數(shù)估計值還未見報道(王炳謙等,2012;Huet al,2013)。開展體尺性狀的遺傳參數(shù)估計研究對培育生長快速并且體型美觀的優(yōu)良的虹鱒品種,提高我國虹鱒養(yǎng)殖生產(chǎn)效益具有積極意義。

本研究采用虹鱒優(yōu)良品系 G2選育群體作為試驗材料,于1000日齡測量頭長、體長、體高、體厚、尾柄長、尾柄高、背吻距、背鰭基長等與魚體輪廓外形塑造相關(guān)的8個體尺性狀,對上述表型做描述性統(tǒng)計,并計算表型相關(guān);采用平均信息約束最大似然法(Average Information Restricted Maximum Likelihood,AIREML)估計上述性狀的遺傳方差、性狀間的遺傳相關(guān),并計算遺傳力及其標準誤差等參數(shù),以期為虹鱒優(yōu)良品系體尺性狀的多性狀復合選育提供必要的數(shù)量遺傳學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗群體

在中國水產(chǎn)科學研究所黑龍江水產(chǎn)研究所渤海冷水性魚類試驗站進行試驗。研究材料是虹鱒優(yōu)良品系G2代群體,該群體的基礎群G0代建立于2001年,由中國渤海品系(由朝鮮品系與日本品系群體混雜形成的品系)、丹麥品系(來自丹麥的1個商業(yè)品系)、挪威品系(來自挪威的1個商業(yè)品系)、道氏品系(美國道爾納遜氏優(yōu)質(zhì)虹鱒)和加州品系(來自美國加州的1個商業(yè)品系)等5個地理遠緣品系建立。在2004年的繁殖期,每一品系根據(jù)體質(zhì)量性狀的表型值排序,雌雄各取前3名,采用完全雙列雜交及其相應的自交組合建立 G1代群體,共計 75個全同胞家系(王炳謙等,2009b;戶國等,2012)。該群體所有個體都有清晰的系譜和表型記錄,系譜建立的方法參見谷偉等(2010)。利用單性狀重復觀測值動物模型(重復力模型),對 G1代4026尾個體生長性狀(體質(zhì)量、體長和肥滿度)進行遺傳參數(shù)和育種值的估計,然后利用指數(shù)選擇法設定上述性狀的權(quán)重,并計算綜合育種值,對虹鱒個體的選擇價值進行評定和名次排列。最后,選擇綜合育種值排序靠前、無親緣關(guān)系的個體組成選育群體(王炳謙等,2009a;戶國等,2012),組建形成G2代群體,仍然維持75個全同胞家系的群體規(guī)模。本研究中涉及的G0—G2有系譜記錄個體共計6223尾。

1.2 飼養(yǎng)管理

將受精卵以及上浮稚魚被放置在獨立單元內(nèi)進行孵化、馴化、養(yǎng)殖至平均體質(zhì)量0.5g以上時,以家系為單位移入相同水源的獨立養(yǎng)殖單元內(nèi)。在群體平均體質(zhì)量約為50g時,進行 PIT(Passive integrated transponder)標記(ID-100型,英國Trovan公司),各家系等比例混合,放苗入虹鱒常規(guī)養(yǎng)殖的同一流水池塘,即同環(huán)境飼育。本試驗群體作為 G3代的儲備親魚群體,飼育至性成熟,各階段均按投喂指南飼以優(yōu)質(zhì)全價配合飼料(智利SalmonFood公司VitaCare),水源為地下涌泉水,年水溫變幅5—18°C。

1.3 性狀測定

魚種于2008年4月入池至,2010年9月下旬養(yǎng)殖至性成熟(約為1000日齡),測定主要體尺性狀,將待測虹鱒用苯氧乙醇0.5mg/L麻醉后,利用直尺和游標卡尺逐條測量頭長、體長(、體高、體厚、尾柄長、尾柄高、背吻距、背鰭基長等8個性狀,同時依第二性征記錄性別。本研究中以 PIT標記作為區(qū)分個體的方法,除去標記流失的個體以及 8個表型數(shù)據(jù)值缺失2個及以上個體后,共計獲得了1967尾個體的有效數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

1.4.1 遺傳方差與遺傳力 本研究中采用單性狀動物模型估計遺傳力,模型中的固定效應通過對一般線性模型進行顯著性檢驗獲得,池塘效應和性別效應達到顯著水平(P＜0.05),構(gòu)建混合線性模型如公式(1):

其中,yijk是動物個體的表型觀察值;μ是群體均值;pi為池塘效應,是固定效應;sj為性別效應,是固定效應;ak是個體加性隨機效應,eijk是隨機殘差。

將上述模型定義為矩陣形式為:

其中y是動物個體表型觀察值向量,a是個體隨機加性效應向量,b是固定效應向量,X和Z是關(guān)聯(lián)矩陣,e是隨機殘差向量。

遺傳力的計算公式為:

遺傳力的標準誤差(Standard error,ES)利用“delta”方法,采用公式(4)估算:

其中,C( ,)表示計算協(xié)方差。

1.4.2 遺傳相關(guān) 遺傳相關(guān)采用兩性狀動物模型分析獲得,構(gòu)建混合線性模型如公式(5):

其中yijkt是第t個性狀的表型觀察值,akt是第t個性狀的個體隨機效應,其余參數(shù)定義與公式(1)相同。

將該模型定義為矩陣形式:

其中yt,bt,at和et是第t個性狀表型觀察值向量,隨機加性效應向量,固定效應向量和隨機殘差向量,Xt和Zt是關(guān)聯(lián)矩陣,t=1,2。

本研究使用 AIREMLF90軟件(Misztalet al,2002),采用 AIREML估計上述公式中的方差組分,REML迭代收斂水平設為 1×10-10。利用公式(1)獲得的方差組分后代入公式(3)和公式(4)求得遺傳力及其標準誤差。通過公式(5)得到遺傳相關(guān),其顯著性通過LRT方法進行。固定效應的顯著性檢驗,表型描述性統(tǒng)計及表型相關(guān)分析使用R軟件實現(xiàn)(R Core Team,2012)。

2 結(jié)果與分析

2.1 虹鱒主要體尺性狀的描述性統(tǒng)計

本研究測量了虹鱒優(yōu)良品系選育群體G2群體8個體尺性狀的表型數(shù)據(jù),結(jié)果顯示,該群體體長變異系數(shù)最小,為6.94%,尾柄長變異系數(shù)最大,為13.65%。詳細情況見表1。

表1 虹鱒選育群體主要體尺性狀的描述性統(tǒng)計Tab.1 Descriptive statistics for body measurement traits in a selective breeding population of rainbow trout

2.2 虹鱒選育群體主要體尺性狀的方差組分及遺傳力

表2列出了利用單性狀動物模型得到的上述8個體尺性狀的遺傳方差以及遺傳力估計,結(jié)果顯示,本研究顯示上述8個性狀的遺傳力為0.131—0.313,大部分為中等或偏低遺傳力。其中背鰭基長遺傳力最低,為 0.131±0.039,體高遺傳力最高,為 0.313±0.086。另外,體長性狀的遺傳力0.146±0.170。

2.3 虹鱒主要體尺性狀間的表型相關(guān)與遺傳相關(guān)

表型相關(guān)與遺傳相關(guān)分析結(jié)果顯示,表型相關(guān)的變化范圍較大,0.016—0.815,其中體厚與尾柄長的表型相關(guān)最低,僅為 0.016,且未達到顯著水平(P＞0.05),但兩者的遺傳相關(guān)為0.247,LRT統(tǒng)計分析達到顯著(P＜0.05),體長與背吻距的表型相關(guān)最高,為 0.815,并且結(jié)果還顯示,除背鰭基長外,體厚性狀與頭長、體長、體高、背吻距、尾柄長、尾柄高等性狀的表型相關(guān)均較低。上述性狀間的遺傳相關(guān)變化范圍也很大,為 0.016—0.815,其中背鰭基長與背吻距的遺傳相關(guān)最低,僅為 0.065,同樣,體長與背吻距的遺傳相關(guān)也最高,達 0.866。體厚與背鰭基長的表型相關(guān)為0.647;遺傳相關(guān)為0.305,但是LRT統(tǒng)計分析未達到顯著水平(P＞0.05)。8個性狀間的表型相關(guān)與遺傳相關(guān)具體結(jié)果見表3。

表2 虹鱒選育群體主要體尺性狀的方差組分及遺傳力Tab.2 Variance components and heritabilities for body measurement traits in a selective breeding population of rainbow trout

3 討論

體尺性狀是有經(jīng)濟價值的數(shù)量性狀,在國內(nèi)外的農(nóng)業(yè)動物育種實踐中受到普遍重視,但是由于傳統(tǒng)魚類育種多采用群體選擇方法,受到技術(shù)條件限制,無法兼顧多種性狀(Donaldson,1968;范兆廷,2005)。近年來,隨著動物多性狀復合育種技術(shù)被引入我國水產(chǎn)動物育種研究中,同時,對魚類多個經(jīng)濟性狀進行遺傳選擇成為可能(欒生等,2008)。目前,我國市場上鮭鱒魚類仍以全魚銷售為主(孫大江等,2010),故建議在育種規(guī)劃中引入體尺性狀,使商品魚獲得更好的外觀。

表3 虹鱒主要體尺性狀間的表型相關(guān)與遺傳相關(guān)Tab.3 Phenotypic and genetic correlation between body measurement traits in a selective breeding population of rainbow trout

遺傳力分析結(jié)果顯示,本文涉及的8個性狀的遺傳力為 0.131—0.313。根據(jù)一般經(jīng)驗值,該群體的體長、體厚、背鰭基長、尾柄長屬于較低遺傳力(h2＜0.15);頭長、背吻距、尾柄高為中等水平遺傳力(0.15≤h2＜0.30),只有體高為高遺傳力性狀(h2≥0.30),體高遺傳力估計值為0.313±0.086,這與李镕等(2011)對大口黑鱸體高遺傳力估計值0.29±0.10類似。本研究顯示虹鱒的體尺性狀普遍具有中等或較低的遺傳力,與先前國外學者(Mckay,1986;Gjerdeet al,1989;Gjedrem,2000)的結(jié)果一致。關(guān)于遺傳相關(guān)和表型相關(guān),在多種不同的多性狀復合育種技術(shù)體系中,都是重要的技術(shù)參數(shù),是制定選擇指數(shù),采取直接選擇或者間接選擇育種方案的重要參考依據(jù)。本研究結(jié)果顯示,除背鰭基長外,體厚性狀與其他性狀的表型相關(guān)均較低。這意味著對體厚性狀的選擇可能并不影響虹鱒魚二維平面的體型,即可以在不改變虹鱒魚二維體型的情況下增加體厚,這可以明顯提高魚體的出肉率。因此,這個性狀的遺傳規(guī)律值得我們進一步關(guān)注。另外,本研究還發(fā)現(xiàn),體厚與尾柄長的表型相關(guān)最低,僅為0.016,且未達到顯著(P＞0.05),但 2者的遺傳相關(guān)為0.247,LRT統(tǒng)計分析達到顯著(P＜0.05)。體厚與背鰭基長的表型相關(guān)為 0.647,t檢驗達到顯著水平(P＜0.05);但遺傳相關(guān)僅為0.305,并且LRT統(tǒng)計分析未達到顯著(P＞0.05)。上述結(jié)果顯示并非所有性狀的表型相關(guān)和遺傳相關(guān)水平都類似,在設計育種方案時單純參考表型相關(guān)或遺傳相關(guān),可能會出現(xiàn)決策失誤。建議在設計多性狀育種方案時,表型相關(guān)和遺傳相關(guān)都應該納入?yún)⒖肌?/p>

綜上所述,本研究開展了虹鱒8個有經(jīng)濟價值的體尺性狀遺傳和表型參數(shù)估計,獲得了上述性狀的遺傳力以及性狀間的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)等技術(shù)參數(shù),對虹鱒體尺性狀的遺傳規(guī)律有了初步的認識,為開展體尺性狀的多性狀復合育種技術(shù)研究奠定了基礎。本研究結(jié)果對以體尺性狀為目標的虹鱒新品種選育以及生產(chǎn)推廣的制種繁育技術(shù)體系的建立具有一定的參考價值,對提高我國虹鱒養(yǎng)殖業(yè)的良種化水平具有積極意義。

馬愛軍,王新安,楊 志等,2008.大菱鲆(Scophthalmus maximus)幼魚生長性狀的遺傳力及其相關(guān)性分析.海洋與湖沼,39(5):499—504

馬愛軍,王新安,雷霽霖,2009.大菱鲆(Scophthal musmaximus)不同生長階段體重的遺傳參數(shù)和育種值估計.海洋與湖沼,40(2):187—194

王炳謙,戶 國,束永俊,2012.虹鱒育種技術(shù)研究.哈爾濱:東北林業(yè)大學出版社,1—14

王炳謙,劉宗岳,高會江等,2009a.應用重復力模型估計虹鱒生長性狀的遺傳力和育種值.水產(chǎn)學報,33(2):177—182

王炳謙,谷 偉,高會江等,2009b.利用配合力和微衛(wèi)星標記預測虹鱒品系間的雜交優(yōu)勢.中國水產(chǎn)科學,16(1):1—8

戶 國,谷 偉,王 鵬等,2012.電子標記輔助虹鱒家系建立及快速生長家系篩選.中國水產(chǎn)科學,19(1):77—83

田永勝,徐田軍,陳松林等,2009.三個牙鲆育種群體親本效應及遺傳參數(shù)估計.海洋學報(中文版),31(6):119—128

劉永新,劉海金,2010.不同模型估計牙鲆家系間生長性狀遺傳參數(shù)的比較分析.漁業(yè)科學進展,31(1):40—47

劉寶鎖,張?zhí)鞎r,孔 杰等,2011.大菱鲆生長和耐高溫性狀的遺傳參數(shù)估計.水產(chǎn)學報,35(11):1601—1606

劉宗岳,高會江,谷 偉等,2008.基于約束最大似然法對虹鱒生長性狀遺傳參數(shù)的估計.東北農(nóng)業(yè)大學學報,39(5):81—84

孫大江,王炳謙,2010.鮭科魚類及其養(yǎng)殖狀況.水產(chǎn)學雜志,23(2):56—63

孫長森,林志華,董迎輝等,2010.泥蚶(Tegillarca granosa)主要經(jīng)濟性狀遺傳參數(shù)的估算.海洋與湖沼,41(6):907—913

李 镕,白俊杰,李勝杰等,2011.大口黑鱸生長性狀的遺傳參數(shù)和育種值估計.中國水產(chǎn)科學,18(4):766—773

谷 偉,賈鐘賀,陳偉興等,2010.虹鱒系譜檔案的建立總結(jié).黑龍江水產(chǎn),(1):3—7

范兆廷,2005.水產(chǎn)動物育種學.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,58—86

范兆廷,姜作發(fā),韓 英,2008.冷水性魚類養(yǎng)殖學.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,20—26

欒 生,孔 杰,王清印,2008.水產(chǎn)動物育種值估計方法及其應用的研究進展.海洋水產(chǎn)研究,29(3):101—106

欒 生,邊文冀,鄧 偉等,2012.斑點叉尾基礎群體生長和存活性狀遺傳參數(shù)估計.水產(chǎn)學報,36(9):1313—1321

高保全,劉 萍,李 健等,2010.三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)體重遺傳力的估計.海洋與湖沼,41(3):322—326

Donaldson L R,1968.Selective breeding of salmonid fishes.Proceedings of the annual workshop World Mariculture Society,2(1—4):75—83

FAO,2012.Aquaculture production:quantities 1950-2010.FISHSTAT Plus-Available at:http://www.fao.org/fi/statist/FISOFT/FISHPLUS.as(15th June,2012)

Gjedrem T,2000.Genetic improvement of cold-water fish species.Aquaculture Research,31:25—33

Gjerde B,Schaeffer L R,1989.Body traits in rainbow trout:ⅡEstimates of heritability and of phenotypic and genetic correlations.Aquaculture,80:25—44

Hu G,Gu W,Bai Q Let al,2013.Estimation of genetic parameters for growth traits in a breeding program for rainbow trout(Oncorhynchus mykiss)in China.Genetics and Molecular Research.12(2):1457—1467

Luan S,Yang G,Wang Jet al,2012.Genetic parameters and response to selection for harvest body weight of the giant freshwater prawnMacrobrachium rosenbergii.Aquaculture,362—363:88—96

Maluwa A O,Gjerde B,2007.Response to selection for harvest body weight ofOreochromis shiranus.Aquaculture,273:33—41

Mckay L R,1986.Genetic parameters of growth in rainbow trout Salmon,as a function of age and maturity.Aquaculture,58:241—254

Misztal I S.Tsuruta T.Strabel Bet al,2002.BLUPF90 and related programs(BGF90).Proc.7thWorld Congr.Genet.Appl.Livest.Prod., Montpellier, France.CD-ROM Communication 28:07

R Core Team,2012.R:A language and environment for statistical computing.R Foundation for Statistical Computing,Vienna,Austria,ISBN 3-900051-07-0,http://www.R-project.org/