孫 松，胡玉龍，呂 丁，王偉繼

（1中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071；2青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071）

0 引言

大菱鲆（Scophthalmus maximus,Linnaeus,1758），廣泛分布于歐洲大西洋沿岸，具有生長快、耐低溫能力強(qiáng)、風(fēng)味鮮美等優(yōu)點(diǎn)，是世界上養(yǎng)殖最廣泛的鲆鰈魚類[1-2]。自1992年將大菱鲆引進(jìn)到中國以來，大菱鲆產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)迅速發(fā)展。2010年以來，中國大菱鲆養(yǎng)殖產(chǎn)量一直維持在6萬t左右，是世界上大菱鲆產(chǎn)量最高的國家。由于大菱鲆產(chǎn)業(yè)的巨大價(jià)值，開展遺傳改良工作顯得尤為重要，針對一系列重要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳改良是進(jìn)一步促進(jìn)大菱鲆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵途徑。在水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖生產(chǎn)活動(dòng)中，生長性狀是最具有商業(yè)價(jià)值的重要性狀，生長速度越快，越能縮短飼養(yǎng)周期，從而降低成本。

選擇育種是對物種進(jìn)行遺傳改良的基礎(chǔ)方法，它可以隨著核心育種群的世代的延續(xù)而持續(xù)獲得遺傳進(jìn)展，而對核心選育群體的擴(kuò)繁可以將使獲得遺傳進(jìn)展在數(shù)以萬計(jì)的后代得到表達(dá)[3-7]。選擇育種已經(jīng)應(yīng)用到許多水產(chǎn)動(dòng)物的遺傳改良中，其作用得到廣泛證實(shí)[8-9]，例 如 羅非 魚（Oreochromis niloticus）[10]，凡納 濱對 蝦（Litopenaeus vannamei）[11-12]，羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）[13-15]以 及 中 國 對 蝦 （Fenneropenaeus chinensis）[16]等，涉及到的目標(biāo)性狀包括生長、出肉率、存活率和抗病力等。而在大菱鲆研究領(lǐng)域，關(guān)于選擇育種效果評估的研究還鮮有報(bào)道。

2006年開始，黃海水產(chǎn)研究所啟動(dòng)了一項(xiàng)基于最佳線性無偏估計(jì)（Best linear unbiased prediction,BLUP）的大菱鲆選育項(xiàng)目[17]。截至2019年，已經(jīng)完成590個(gè)家系的構(gòu)建，并記錄了3個(gè)選育世代（G1，G2和G3）的收獲體重表型數(shù)據(jù)。本研究評估了不同選育世代中的收獲體重遺傳力，并以選擇差異（Selection differential）和遺傳進(jìn)展（Genentic gain）為指標(biāo)評估了多個(gè)世代選育之后得到的選育進(jìn)展情況。本研究的結(jié)果將為評估現(xiàn)有大菱鲆遺傳選育策略及下一步的大菱鲆選育工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

育種項(xiàng)目是在山東省海陽市黃海水產(chǎn)研究所鲆鰈魚類遺傳育種中心開展。大菱鲆奠基群體是在2003年和2004年引自5個(gè)國家（丹麥，法國，西班牙，英國和智利）的幼魚。選擇形態(tài)表現(xiàn)正常的個(gè)體作為候選親本，注射無線射頻標(biāo)記（Radio Frequency Identification,RFID）標(biāo)記后將其放養(yǎng)在5 m×5 m×0.6 m（長×寬×高）的養(yǎng)殖池中，密度為2～3 kg/m2。繁殖前3個(gè)月，通過控制養(yǎng)殖池的光照，水溫和營養(yǎng)強(qiáng)化以刺激性腺發(fā)育。光照為200～600 lx，照射時(shí)間從8 h/天逐漸增加到10 h/天，水溫從8℃升高到14℃，以鮮雜魚代替商品料進(jìn)行營養(yǎng)強(qiáng)化。基礎(chǔ)群體G0于2006年和2007年通過不同來源群體間的雙列雜交和人工授精建立。隨機(jī)交配不同來源的雄性和雌性，通過不平衡的巢式交配設(shè)計(jì)構(gòu)建全同胞家系和半同胞家系[6]。

受精卵在孵化72～120 h后，將所有家系上浮卵移入0.5 m3玻璃鋼桶內(nèi)，每個(gè)家系桶盡量保證培養(yǎng)過程一致。分別在孵化后第35天和第70天進(jìn)行兩次家系苗種數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)化，即每個(gè)家系分別隨機(jī)選取1000尾和400尾個(gè)體繼續(xù)培養(yǎng)。孵化后100天，每個(gè)家系隨機(jī)選取80尾大于平均體重的個(gè)體，稱取平均體重，注射可視熒光標(biāo)記（Visible Implant Fluorescent Elastomer,VIE）記錄家系信息，建立系譜。熒光標(biāo)記后將其隨機(jī)分配到多個(gè)5 m×5 m×0.6 m性狀測試池中。孵化后15個(gè)月，測量所有存活個(gè)體收獲體重，進(jìn)行BLUP遺傳評估，綜合家系和個(gè)體的育種值大小，選取育種值較大的60%的家系和個(gè)體作為親魚備用，注射RFID標(biāo)記（子彈）以區(qū)分個(gè)體。G1，G2，G3的培育過程與G0一樣，并根據(jù)系譜信息將子代近交系數(shù)控制在0.1以下[3,18]。

1.2 數(shù)據(jù)分析

本研究梳理了2006—2019年大菱鲆構(gòu)建家系的系譜信息，利用整理后的系譜計(jì)算個(gè)體間的親緣關(guān)系，構(gòu)建分子親緣關(guān)系矩陣（Numerator relationship matrix），單性狀動(dòng)物模型和限制性極大似然法（REML）方法（ASReml軟件）[19]用于估計(jì)各方差組分和計(jì)算遺傳參數(shù)，混合效應(yīng)模型是經(jīng)過條件AIC指數(shù)比較得到的最優(yōu)模型[20]，計(jì)算見公式（1）。

式中，Vijk為體重表型觀察值；μ是總體均值；ai為第i個(gè)子代的隨機(jī)加性遺傳效應(yīng)；m1bi是第i尾個(gè)體的初始體重；yearj是年份j的固定效應(yīng)；m1bi*yearj為年份與初始體重的互作效應(yīng)；dk是隨機(jī)母本和共同環(huán)境效應(yīng)；eijk是隨機(jī)殘差。

假設(shè)隨機(jī)效應(yīng)ai，dk和eijk的分布是正態(tài)的，其均值為0。方差-協(xié)方差矩陣表示見公式（2）。

式中，ai，dk和eijk為隨機(jī)效應(yīng)a、d、e的方差；A是分子親緣關(guān)系矩陣，Id、Id是單位矩陣。

選擇差（Selection differential）為下一個(gè)世代個(gè)體的親本的平均估計(jì)育種值與親本所屬世代平均估計(jì)育種值的差值。通過比較當(dāng)前和上一代的平均估計(jì)育種值，還可以計(jì)算出每一代的遺傳進(jìn)展。累積遺傳進(jìn)展表示為百分比，見公式（3）。

式中，pc為累計(jì)遺傳進(jìn)展，pi為第i個(gè)世代的遺傳進(jìn)展，%，i的取值范圍為1～3。

2 結(jié)果

2.1 描述性統(tǒng)計(jì)

主要統(tǒng)計(jì)性結(jié)果如表1所示。2006—2019年共建立了590個(gè)全同胞家系，收集了12980尾個(gè)體的收獲體重。2008、2011和2018年由于親魚性腺發(fā)育的數(shù)量較少，所以這3年沒有構(gòu)建家系，而2010年的數(shù)據(jù)未記錄譜系信息因而沒有納入數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中。將整理后的系譜作樹狀圖（visPedigree package），4個(gè)世代包括引進(jìn)群體如圖1所示，由于親本個(gè)體發(fā)育的速度并不一致，因此1個(gè)世代包含2～3年構(gòu)建的家系。

表1 每個(gè)世代的培育年份、家系數(shù)量、個(gè)體數(shù)量、收獲體重最小二乘均值

2.2 遺傳分析

不同世代方差組分，遺傳力和共同環(huán)境效應(yīng)等如表2所示。GO、G1的體重遺傳力均低于G2和G3，其中G2世代遺傳力最大為0.51±0.09，跨世代的遺傳力最低，僅有0.16±0.03。共同環(huán)境效應(yīng)G3世代最小為0.01±0.05，跨世代的共同環(huán)境效應(yīng)最大，為0.28±0.02，且跨世代遺傳力和共同環(huán)境效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)誤均小于單一世代。

表2 各個(gè)世代及跨世代群體體重性狀方差組分，遺傳力，母本和共同環(huán)境效應(yīng)

2.3 遺傳進(jìn)展

表3列出了每一代所有個(gè)體和親魚的平均估計(jì)育種值。生長選擇差在G0中為45.6 g，在G1中為13.1 g，而在G2代是-27.9，相當(dāng)于每代平均10.3 g。遺傳進(jìn)展在G1中為10.2 g，在G2中為37.4 g，G3為0.3 g，分別相當(dāng)于2.06%、8.76%和0.04%。三代后的累積遺傳進(jìn)展為體重的10.86%，平均每代3.56%。

表3 每一代平均估計(jì)育種值，繁殖個(gè)體平均育種值，選擇差異及遺傳進(jìn)展

3 討論

3.1 遺傳力

本研究中，除G2世代為高遺傳力，其余估計(jì)到的體重遺傳力均為中低等遺傳力（基于以下的標(biāo)準(zhǔn)：低水平遺傳力（0.05～0.15），中水平遺傳力（0.20～0.40），高水平遺傳力（0.45～0.60），及非常高（＞0.65）[21]。遺傳力估計(jì)值在不同世代之間變化很大（0.16～0.51），較高的遺傳力與較低的共同環(huán)境效應(yīng)有關(guān)，而較低的遺傳力一般也是由較高的共同環(huán)境效應(yīng)造成，這表明當(dāng)前數(shù)據(jù)中加性遺傳效應(yīng)和共同環(huán)境效應(yīng)之間存在一定程度的混淆[22-23]。另外也有可能是由于不同時(shí)代的家系數(shù)目不同，個(gè)體數(shù)量不同或者家系構(gòu)建周期較長造成。在以前的幾項(xiàng)研究中，得到的大菱鲆生長性狀遺傳力均不同程度大于本研究的結(jié)果[24-26]。雖然不同的群體，不同的環(huán)境或者統(tǒng)計(jì)模型對于遺傳力的大小有影響，但是筆者還是推斷本研究中大菱鲆遺傳力被低估了[27]。在選育計(jì)劃中，基礎(chǔ)種群（G0）是通過雜交不同來源的個(gè)體而建立的。在隨后的世代中，為了獲得可接受的近交系數(shù)并保持較高的有效種群規(guī)模，筆者在遺傳分化個(gè)體之間進(jìn)行了交配。交配實(shí)踐可能會導(dǎo)致每代雜合度過高，在表型上可以表示為雜種優(yōu)勢。這可以解釋縮小的遺傳力估計(jì)值。本研究得到的收獲體重遺傳力表明該大菱鲆群體仍然有較大的遺傳改良潛力。在目前的選育項(xiàng)目中，大菱鲆的繁殖種群具有可觀的加性遺傳效應(yīng)變異，可用于進(jìn)一步提高其生長性能。

3.2 共同環(huán)境效應(yīng)

本研究就發(fā)現(xiàn)跨世代的共同環(huán)境效應(yīng)較大（0.28±0.02），這主要是因?yàn)樵诖罅怫壹蚁蹬嘤校總€(gè)家系單獨(dú)養(yǎng)殖在玻璃缸桶中，直至達(dá)到100日齡時(shí)，個(gè)體規(guī)格可以滿足VIE標(biāo)記注射后，不同家系的個(gè)體通過VIE標(biāo)記后才混養(yǎng)在一起進(jìn)行性狀測評，雖然在此過程中盡量保證不同家系養(yǎng)殖、管理的一致性，但仍舊不可避免地在不同家系間產(chǎn)生了共同環(huán)境效應(yīng)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)跨世代的標(biāo)準(zhǔn)誤（遺傳力和共同環(huán)境效應(yīng)）均小于單個(gè)世代，說明大數(shù)據(jù)組對于遺傳評估精確性影響較大。另外，對于單一世代，親本和后代的遺傳聯(lián)系可能不足以準(zhǔn)確區(qū)分遺傳和環(huán)境效應(yīng)，因此通過世代相傳的父母之間的牢固遺傳聯(lián)系將提高遺傳力估計(jì)的準(zhǔn)確性。

3.3 遺傳進(jìn)展

研究結(jié)果中，平均估計(jì)育種值大小總體呈上升趨勢，這表明針對大菱鲆體重性狀開展的BLUP選育總體上是成功的。G0，G1世代選擇差為正值，而G2世代的選擇差為負(fù)值，這可能是由于G2世代由于環(huán)境因素，體重較高的個(gè)體死亡率較高（圖1所示），導(dǎo)致選擇差為負(fù)值。遺傳選育提高了大菱鲆的生長性能，經(jīng)過3代的選育累計(jì)實(shí)現(xiàn)的遺傳進(jìn)展為10.86%，平均每代遺傳進(jìn)展為3.56%，與早期的水產(chǎn)動(dòng)物研究相比是一個(gè)相對較低的水平[28-29]。這種較低遺傳進(jìn)展結(jié)果可能是由于大菱鲆性腺發(fā)育率較低，這造成每一世代選育群體規(guī)模較小，只能進(jìn)行較低強(qiáng)度的選擇，特別是G3代遺傳進(jìn)展0.04%。在基礎(chǔ)群體已經(jīng)構(gòu)建且估計(jì)遺傳力等參數(shù)固定的情況下，育種過程中增加家系數(shù)量、擴(kuò)大選育群體規(guī)模和提高選擇強(qiáng)度可有效增加遺傳進(jìn)展[30]。而在大菱鲆選育過程中，世代周期較長，需3～4年才能性成熟，且性腺發(fā)育率較低（特別是雌魚），這導(dǎo)致每一代只能進(jìn)行較低強(qiáng)度的選擇。在本研究中，不同年份所建立的全同胞家系數(shù)量和最終收獲體重的最小二乘均值差異都較大，這些結(jié)果表明養(yǎng)殖環(huán)境和管理尚未達(dá)到最理想的水平。在后續(xù)的選育計(jì)劃中，提高候選親本的性腺發(fā)育率是增加選擇強(qiáng)度，維持遺傳多樣性，提高遺傳進(jìn)展的基礎(chǔ)。

圖1 譜系樹狀圖

4 結(jié)論

大菱鲆群體經(jīng)過三代選育，遺傳進(jìn)展分別為10.2、37.4、0.3 g，分別相當(dāng)于2.06%、8.76%、0.04%，累積遺傳進(jìn)展為10.86%，以上說明針對大菱鲆體重性狀的BLUP選育是成功的。相比于基礎(chǔ)群體，3個(gè)選育世代的體重性狀遺傳力并未出現(xiàn)下降，說明該選育群體仍具有選育潛力。