凡納濱對(duì)蝦群體體質(zhì)量和存活性狀配合力分析

凡納濱對(duì)蝦群體體質(zhì)量和存活性狀配合力分析

班納西泮是屬于潘亞岱和班達(dá)西泮的。這是目前世界上最大的蝦品種。國(guó)外自20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行選擇育種,已經(jīng)建立了多個(gè)育種核心群體,對(duì)生長(zhǎng)、抗病和抗逆等性狀進(jìn)行遺傳改良,并已獲得了遺傳進(jìn)展。國(guó)內(nèi)凡納濱對(duì)蝦育種也取得重要進(jìn)展,相繼培育出“中興1號(hào)”、“中科1號(hào)”和“科海1號(hào)”等新品種,生長(zhǎng)和抗逆性狀得到一定程度的提高。配合力是評(píng)估和篩選引進(jìn)群體的重要遺傳學(xué)參數(shù),由Sprague等在玉米雜交育種研究中首次提出,分為一般配合力(generalcombiningability,GCA)和特殊配合力(specificcombiningability,SCA)。GCA的遺傳基礎(chǔ)是基因的加性效應(yīng),可以穩(wěn)定遺傳;SCA效應(yīng)包括等位基因的顯性效應(yīng)、上位效應(yīng)及不同基因間的相互作用等非加性基因效應(yīng),是產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)的主要因素。配合力分析廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和林業(yè)的研究。在水產(chǎn)動(dòng)物育種研究中,Mallet等研究了野生牡蠣(Conchaostreae)3個(gè)地理群體在早期發(fā)育階段的生長(zhǎng)和存活性狀配合力,發(fā)現(xiàn)牡蠣在幼蟲(chóng)、稚貝期的生長(zhǎng)和存活率主要受母體效應(yīng)的影響;Deng等通過(guò)雙列雜交設(shè)計(jì),分析了皺紋盤鮑(Haliotisdiscushannai)3個(gè)群體的生長(zhǎng)性狀配合力和雜交優(yōu)勢(shì),結(jié)果顯示加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)共同影響生長(zhǎng)性狀的表現(xiàn);王炳謙等利用微星標(biāo)記對(duì)5個(gè)不同虹鱒(Oncorhynchusmykiss)品系進(jìn)行了遺傳距離分析,并與配合力分析相結(jié)合,預(yù)測(cè)各品系間的雜交優(yōu)勢(shì)。關(guān)于凡納濱對(duì)蝦群體間雜種優(yōu)勢(shì)及其利用的研究,國(guó)內(nèi)外均有報(bào)道,但是不同引進(jìn)群體的配合力分析尚未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)利用人工授精技術(shù),通過(guò)雙列雜交和巢式交配設(shè)計(jì)組合7個(gè)凡納濱對(duì)蝦群體生產(chǎn)家系,建立育種基礎(chǔ)群體。利用混合線性模型和廣義線性模型,結(jié)合約束極大似然法估計(jì)不同引進(jìn)群體體質(zhì)量和存活性狀的GCA和SCA,來(lái)評(píng)估和篩選性能優(yōu)良的引進(jìn)群體,為構(gòu)建遺傳變異豐富的凡納濱對(duì)蝦基礎(chǔ)群體提供技術(shù)參數(shù),以期加速凡納濱對(duì)蝦選擇育種的進(jìn)程。1材料與方法1.1實(shí)驗(yàn)材料7個(gè)凡納濱對(duì)蝦引進(jìn)群體于2011年6月分批運(yùn)抵農(nóng)業(yè)部海水養(yǎng)殖遺傳育種中心(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所鰲山基地),分別命名為SIN、UA1、UA2、UA3、UA4、UA5和UA6。親蝦經(jīng)過(guò)暫養(yǎng)穩(wěn)定后,對(duì)雌蝦進(jìn)行單側(cè)眼柄切除術(shù),并逐步升溫至28℃,投喂鮮活沙蠶和冰凍魷魚進(jìn)行促熟。性腺發(fā)育成熟后,利用人工授精技術(shù),通過(guò)巢式設(shè)計(jì)(2尾雄蝦與1尾雌蝦交配;1尾雌蝦與2尾雄蝦交配),成功建立全同胞家系130個(gè)(母系半同胞家系40個(gè);父系半同胞家系26個(gè))(表1)。1.2家系培育及數(shù)據(jù)收集待家系成功孵化后,從每個(gè)家系中隨機(jī)選取無(wú)節(jié)幼體3000尾,放入170L的培育桶內(nèi)單獨(dú)培育。當(dāng)幼體發(fā)育至仔蝦后,從每個(gè)家系隨機(jī)取400尾放入170L的培育桶繼續(xù)單獨(dú)培育。當(dāng)仔蝦發(fā)育至第8天時(shí),每個(gè)家系計(jì)數(shù)300尾,平均分成2份:一份運(yùn)往河北黃驊?zhàn)B殖場(chǎng),一份繼續(xù)在青島鰲山遺傳育種中心170L培育桶內(nèi)養(yǎng)殖。幼體生長(zhǎng)至3~4cm時(shí),在每個(gè)家系個(gè)體的第6腹節(jié)和第5腹節(jié)處進(jìn)行“可視嵌入性熒光標(biāo)記”(visibleimplantelastomer,VIE)注射,以區(qū)分不同的家系,然后放入水泥池中混養(yǎng)。河北黃驊和青島鰲山養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)每個(gè)混養(yǎng)測(cè)試池的養(yǎng)殖密度均控制在109尾/m2。其他水質(zhì)控制、餌料投喂和日常管理等操作,兩地均按照標(biāo)準(zhǔn)化程序保持一致。個(gè)體養(yǎng)殖至5月齡時(shí),測(cè)量每尾蝦的體質(zhì)量,記錄個(gè)體的VIE顏色組合、測(cè)試場(chǎng)號(hào)、測(cè)試池號(hào)、測(cè)量日期等信息。統(tǒng)計(jì)每個(gè)家系存活個(gè)體數(shù)量,計(jì)算存活率。1.3統(tǒng)計(jì)分析利用Excel軟件對(duì)體質(zhì)量和存活數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理,用ASReml軟件采用混合線性模型和約束極大似然法估算體質(zhì)量性狀的配合力,通過(guò)廣義線性模型估計(jì)存活性狀的配合力。體質(zhì)量性狀的配合力分析模型為線性混合模型:yhnijkl=u+Envh+Pondn(Envh)+b1wl+gi+gj+sij+fk+ehnijklyhnijkl=u+Envh+Ρondn(Envh)+b1wl+gi+gj+sij+fk+ehnijkl式中,yhnijkl系第i個(gè)父本群體與第j個(gè)母本群體雜交的第l個(gè)記錄,u為總體均數(shù),Envh為第h個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)固定效應(yīng),Pondn(Envh)為第h個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)第n個(gè)測(cè)試池塘固定效應(yīng),wl為標(biāo)記前體質(zhì)量(協(xié)變量),b1為回歸系數(shù),gi(gj)為第i(j)個(gè)群體的父本(母本)一般配合力(隨機(jī)效應(yīng)),sij為第i個(gè)父本群體與第j個(gè)母本群體雜交的特殊配合力(隨機(jī)效應(yīng)),fk為同胞家系單獨(dú)養(yǎng)殖產(chǎn)生的共同環(huán)境效應(yīng),ehnijkl為隨機(jī)誤差效應(yīng)。存活性狀的配合力分析模型為廣義線性模型(probit連接函數(shù)):yhnijl={0ifλhnijl≤01ifλhnijl>0λhnijl=u+Envh+Pondn(Envh)+sij+ehnijlyhnijl={0ifλhnijl≤01ifλhnijl>0λhnijl=u+Envh+Ρondn(Envh)+sij+ehnijl式中,yhnijl是第l尾蝦的存活狀態(tài)(1:存活,0:死亡),λhnijl為yhnijl的潛在變量(符合累積標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布),u為總體均數(shù),Envh為第h個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)固定效應(yīng),Pondn(Envh)為第h個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)第n個(gè)測(cè)試池塘固定效應(yīng),sij為第i個(gè)父本群體與第j個(gè)母本群體雜交的特殊配合力(隨機(jī)效應(yīng)),ehnijl為隨機(jī)誤差效應(yīng)。存活性狀配合力分析模型中加入一般配合力效應(yīng)后,模型無(wú)法收斂,因此結(jié)果部分未包括引進(jìn)群體存活性狀的一般配合力。此外,對(duì)于存活性狀,由于每個(gè)家系僅有一個(gè)存活率值,部分雜交組合內(nèi)家系數(shù)量少,全同胞組效應(yīng)與SCA存在部分重線性關(guān)系,模型中加入全同胞組效應(yīng)后會(huì)嚴(yán)重低估雜交組合的特殊配合力,因此在模型中未加入全同胞組效應(yīng)作為共同環(huán)境效應(yīng)。2結(jié)果2.1體質(zhì)量和存活性狀的統(tǒng)計(jì)性描述量對(duì)于體質(zhì)量和存活性狀,在青島鰲山和河北黃驊兩地家系數(shù)和個(gè)體數(shù)目不同,主要由于存活率統(tǒng)計(jì)過(guò)程中,部分家系存活率大于1,對(duì)存活性狀進(jìn)行配合力分析時(shí)將這些家系剔除,因此存活性狀家系和個(gè)體數(shù)較少。收獲體質(zhì)量范圍為5.60~30.83g,其中青島鰲山體質(zhì)量均值為17.96g,河北黃驊體質(zhì)量均值為18.41g,兩地變異系數(shù)相差不大。各家系養(yǎng)殖存活率范圍為55.06%~98.82%,其中青島鰲山平均值為91.70%,大于河北黃驊存活率(79.17%);兩地變異系數(shù)分別為0.06、0.14(表2)。2.2引進(jìn)群體體質(zhì)量和存活性狀的一般配合力綜合青島鰲山和河北黃驊兩地?cái)?shù)據(jù),UA5、UA4和SIN3個(gè)引進(jìn)群體的GCA值最高,其值分別為0.42、0.32和0.19;而UA3、UA1、UA6和UA24個(gè)引進(jìn)群體收獲體質(zhì)量的GCA值較小且為負(fù)值(表3)。UA5和SIN群體在青島鰲山和河北黃驊兩地的生長(zhǎng)表現(xiàn)較為穩(wěn)定,其收獲體質(zhì)量的一般配合力均為正值;UA4引進(jìn)群體的收獲體質(zhì)量的一般配合力值在青島鰲山和河北黃驊兩地存在較大差異,分別為0.27和-0.21,說(shuō)明該群體的生長(zhǎng)性狀表現(xiàn)受環(huán)境因素的影響較大。對(duì)兩地體質(zhì)量性狀GCA效應(yīng)值進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析,結(jié)果顯示不同環(huán)境下體質(zhì)量性狀GCA值存在正相關(guān)(0.31)。2.3引進(jìn)群體體質(zhì)量和存活性狀的特殊配合力不同引進(jìn)群體在相同環(huán)境下體質(zhì)量和存活性狀SCA值存在較大差異。青島鰲山體質(zhì)量性狀SCA值范圍為-0.48~3.56,存活性狀SCA值為-0.13~0.26;河北黃驊體質(zhì)量性狀SCA值差異較小為-0.30~0.14,存活性狀SCA值范圍為-0.23~0.29(表4)。對(duì)兩地體質(zhì)量和存活性狀SCA效應(yīng)值進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析,結(jié)果顯示不同環(huán)境下體質(zhì)量性狀SCA值存在正相關(guān)(0.17),存活性狀SCA值存在負(fù)相關(guān)(-0.30)。綜合青島鰲山和河北黃驊兩地體質(zhì)量和存活性狀的總體SCA值效應(yīng),雜交組合UA5×SIN、UA1×UA2、UA3×UA4和UA4×UA5體質(zhì)量性狀的SCA值最高,其值分別為0.30、0.29、0.24和0.22;而UA2×UA5、UA2×SIN、UA6×SIN、UA6×UA4和UA1×SIN雜交組合的SCA效應(yīng)值為負(fù)數(shù)。雜交組合UA1×SIN和UA1×UA2存活性狀的SCA值最高,分別為0.29和0.21;而UA6×SIN雜交組合SCA值最低,為-0.19。2.4引進(jìn)群體體質(zhì)量、存活性狀配合力的方差組分青島鰲山體質(zhì)量性狀SCA方差組分較大(1.27),占表型方差組分的14.77%,而GCA方差組分僅占表型方差的0.81%;河北黃驊體質(zhì)量性狀GCA和SCA方差組分均較小,分別占表型方差組分的1.34%和0.89%(表5)。綜合兩地Notes:σ2pp2.phenotypicvariance,σ2GCAGCA2.generalcombiningabilityvariance,σ2SCASCA2.specificcombiningabilityvariances,σ2ff2.full-sibvariance,σ2ee2.residualvariance.體質(zhì)量性狀GCA和SCA方差組分,分別占表型方差的1.80%和1.58%兩者無(wú)顯著差異。青島鰲山和河北黃驊兩地存活性狀SCA方差組分分別為0.04和0.08,占各自表型方差的3.85%和7.41%;綜合兩地存活性狀SCA方差組分為0.05,占表型方差的4.76%。3討論國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)性狀遺傳參數(shù)估計(jì)顯示,其體質(zhì)量遺傳力為中高遺傳力,在大規(guī)模養(yǎng)殖條件下,其收獲體質(zhì)量和存活率主要受加性基因效應(yīng)控制。遺傳力主要由加性效應(yīng)決定,一般配合力也是由于基因的加性效應(yīng)所致,因此通過(guò)對(duì)引進(jìn)群體一般配合力效應(yīng)值的分析,可以初步預(yù)測(cè)其選育潛力。綜合河北黃驊和青島鰲山兩地?cái)?shù)據(jù),凡納濱對(duì)蝦UA5、UA4和SIN3個(gè)引進(jìn)群體體質(zhì)量性狀的GCA值均表現(xiàn)為正效應(yīng),群體內(nèi)存在較為豐富的加性遺傳變異,可貢獻(xiàn)更多的親本參與構(gòu)建育種基礎(chǔ)群體。研究表明,凡納濱對(duì)蝦存活性狀遺傳力較低,體質(zhì)量遺傳力和存活率遺傳力呈正相關(guān)。遺傳力低的性狀,受基因的非加性效應(yīng)影響作用較大,具有較高的雜種優(yōu)勢(shì)。在水產(chǎn)動(dòng)物中,野生牡蠣(Conchaostreae)、皺紋盤鮑、海灣扇貝(Argopectensirradias)均存在較強(qiáng)生長(zhǎng)非加性效應(yīng),可以通過(guò)特殊配合力分析指導(dǎo)牡蠣群體的選育。本研究中,綜合分析青島鰲山和河北黃驊兩地體質(zhì)量和存活性狀特殊配合力,UA5×SIN、UA1×UA2、UA4×UA5、UA4×SIN和UA1×SIN5個(gè)雜交組合SCA效應(yīng)值正向優(yōu)勢(shì)較明顯,說(shuō)明該組合內(nèi)存在較強(qiáng)的生長(zhǎng)和存活非加性效應(yīng),雜交優(yōu)勢(shì)明顯,可考慮作為留種家系并進(jìn)一步驗(yàn)證。綜合兩地體質(zhì)量配合力方差組分分析顯示,一般配合力方差組分和特殊配合力方差組分相近,說(shuō)明加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)共同影響體質(zhì)量性狀的表現(xiàn);同時(shí)在結(jié)果中,家系全同胞組效應(yīng)占了較大比重,如果利用系譜資料,估計(jì)體質(zhì)量的加性遺傳方差組分,方差組分值會(huì)更大。對(duì)青島鰲山和河北黃驊兩地體質(zhì)量和存活性狀配合力相關(guān)分析顯示,兩地體質(zhì)量性狀GCA與SCA值相關(guān)系數(shù)為正值,而存活性狀SCA效應(yīng)值相關(guān)系數(shù)為負(fù)數(shù),表明體質(zhì)量間基因型與環(huán)境互作差異小,存活性狀間差異大,這與Gitterle等和Perez-Rostro等研究結(jié)果一致。水產(chǎn)動(dòng)物重要經(jīng)濟(jì)性狀的配合力分析模型主要有兩類:一是基于方差分析(ANOVA)的Griffing遺傳模型。Griffing法在農(nóng)作物育種配合力分析中應(yīng)用較為多,在水產(chǎn)動(dòng)物方面,主要應(yīng)用在貝類雜交配合力研究中。然而,Griffing遺傳模型只能分析平衡數(shù)據(jù),在完全雙列雜交設(shè)計(jì)中的應(yīng)用較為廣泛,對(duì)于動(dòng)物育種實(shí)踐中常出現(xiàn)的不規(guī)則缺失的遺傳數(shù)據(jù)難易應(yīng)用分析。Wearden等在Griffing模型基礎(chǔ)上增加了全同胞效應(yīng),但是仍然難以改變其在水產(chǎn)動(dòng)物育種實(shí)踐中局限性。二是基于REML和BLUP法的混合線性模型?；旌暇€性模型中既能包括養(yǎng)殖場(chǎng)、養(yǎng)殖池塘、性別等固定效應(yīng),也能包括GCA、SCA和全同胞組效應(yīng)等隨機(jī)效應(yīng),并且可以處理不平衡數(shù)據(jù),模型估計(jì)的配合力值更為準(zhǔn)確。國(guó)外學(xué)者最先應(yīng)用REML法開(kāi)展雜交效應(yīng)分析和非加性方差組分估計(jì)的研究;國(guó)內(nèi)研究者使用MTDFREML和DFREML分別研究了豬肉質(zhì)、胴體性狀的雜交參數(shù)和雞生產(chǎn)性能、屠體性狀配合力和雜種優(yōu)勢(shì);此方法在水產(chǎn)動(dòng)物中應(yīng)用較少,王炳謙等應(yīng)用線性模型最小二乘法估算5個(gè)虹鱒品系間的雜交配合力,從中選出一般配合力和特殊配合力較高的品系,并與微星標(biāo)記相結(jié)合,預(yù)測(cè)品系間的雜交優(yōu)勢(shì)。本研究采用混合線性模型和約束極大似然法估算體質(zhì)量性狀的配合力,通過(guò)廣義線性模型估計(jì)存活性狀的