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

戶 國 谷 偉 姜再勝, 白慶利 王炳謙①

(1.中國水產科學研究院黑龍江水產研究所淡水魚類育種國家地方聯合工程實驗室 哈爾濱 150070;2.上海海洋大學水產與生命學院 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),原產于北美地區,是世界重要經濟養殖魚類之一,適合我國北方高寒地區以及有冷水資源分布地區養殖(范兆廷等,2008)。自1959年引入我國后,經過數十年發展,我國虹鱒養殖已遍布全國,據聯合國糧食與農業組織統計數據(FAO,2012),2010年度世界虹鱒總產量為72.88萬噸,中國大陸虹鱒總產量為1.64萬噸,僅占世界總產量的2.25%。為滿足虹鱒養殖業對良種的迫切需求,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構性狀,是與生長相關的重要經濟性狀。目前,國內科研工作者已對水產動物體質量、生存性狀和體尺性狀的遺傳參數估計有較多研究(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估計研究對培育生長快速并且體型美觀的優良的虹鱒品種,提高我國虹鱒養殖生產效益具有積極意義。

本研究采用虹鱒優良品系 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的8個體尺性狀,對上述表型做描述性統計,并計算表型相關;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,并計算遺傳力及其標準誤差等參數,以期為虹鱒優良品系體尺性狀的多性狀復合選育提供必要的數量遺傳學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗群體

在中國水產科學研究所黑龍江水產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個商業品系)、挪威品系(來自挪威的1個商業品系)、道氏品系(美國道爾納遜氏優質虹鱒)和加州品系(來自美國加州的1個商業品系)等5個地理遠緣品系建立。在2004年的繁殖期,每一品系根據體質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(體質量、體長和肥滿度)進行遺傳參數和育種值的估計,然后利用指數選擇法設定上述性狀的權重,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 飼養管理

將受精卵以及上浮稚魚被放置在獨立單元內進行孵化、馴化、養殖至平均體質量0.5g以上時,以家系為單位移入相同水源的獨立養殖單元內。在群體平均體質量約為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,放苗入虹鱒常規養殖的同一流水池塘,即同環境飼育。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質全價配合飼料(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標記作為區分個體的方法,除去標記流失的個體以及 8個表型數據值缺失2個及以上個體后,共計獲得了1967尾個體的有效數據。

1.4 數據統計分析

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是關聯矩陣,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( ,)表示計算協方差。

1.4.2 遺傳相關 遺傳相關采用兩性狀動物模型分析獲得,構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是關聯矩陣,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,其顯著性通過LRT方法進行。固定效應的顯著性檢驗,表型描述性統計及表型相關分析使用R軟件實現(R Core Team,2012)。

2 結果與分析

2.1 虹鱒主要體尺性狀的描述性統計

本研究測量了虹鱒優良品系選育群體G2群體8個體尺性狀的表型數據,結果顯示,該群體體長變異系數最小,為6.94%,尾柄長變異系數最大,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與遺傳相關

表型相關與遺傳相關分析結果顯示,表型相關的變化范圍較大,0.016—0.815,其中體厚與尾柄長的表型相關最低,僅為 0.016,且未達到顯著水平(P＞0.05),但兩者的遺傳相關為0.247,LRT統計分析達到顯著(P＜0.05),體長與背吻距的表型相關最高,為 0.815,并且結果還顯示,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均較低。上述性狀間的遺傳相關變化范圍也很大,為 0.016—0.815,其中背鰭基長與背吻距的遺傳相關最低,僅為 0.065,同樣,體長與背吻距的遺傳相關也最高,達 0.866。體厚與背鰭基長的表型相關為0.647;遺傳相關為0.305,但是LRT統計分析未達到顯著水平(P＞0.05)。8個性狀間的表型相關與遺傳相關具體結果見表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

體尺性狀是有經濟價值的數量性狀,在國內外的農業動物育種實踐中受到普遍重視,但是由于傳統魚類育種多采用群體選擇方法,受到技術條件限制,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被引入我國水產動物育種研究中,同時,對魚類多個經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與遺傳相關Tab.3 Phenotypic and genetic correlation between body measurement traits in a selective breeding population of rainbow trout

遺傳力分析結果顯示,本文涉及的8個性狀的遺傳力為 0.131—0.313。根據一般經驗值,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)的結果一致。關于遺傳相關和表型相關,在多種不同的多性狀復合育種技術體系中,都是重要的技術參數,是制定選擇指數,采取直接選擇或者間接選擇育種方案的重要參考依據。本研究結果顯示,除背鰭基長外,體厚性狀與其他性狀的表型相關均較低。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,這個性狀的遺傳規律值得我們進一步關注。另外,本研究還發現,體厚與尾柄長的表型相關最低,僅為0.016,且未達到顯著(P＞0.05),但 2者的遺傳相關為0.247,LRT統計分析達到顯著(P＜0.05)。體厚與背鰭基長的表型相關為 0.647,t檢驗達到顯著水平(P＜0.05);但遺傳相關僅為0.305,并且LRT統計分析未達到顯著(P＞0.05)。上述結果顯示并非所有性狀的表型相關和遺傳相關水平都類似,在設計育種方案時單純參考表型相關或遺傳相關,可能會出現決策失誤。建議在設計多性狀育種方案時,表型相關和遺傳相關都應該納入參考。

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

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