液相芯片“黄海芯1号”在凡纳滨对虾AHPND抗性选择育种中的应用

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凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖产量巨大,但受到病害威胁,其中急性肝胰腺坏死病(Acute Hepatopancreatic Necrosis Disease,AHPND)为主要病害之一,该疾病于2009年首次在中国出现,全球每年因AHPND造成的直接经济损失超过10亿美元。该病多发于养殖初期,传播迅速,死亡率极高,通过养殖管理很难从根本上抑制弧菌的感染,因此通过遗传育种手段提高凡纳滨对虾AHPND抗性是减少该疾病对产业影响的一条重要的途径。然而同胞测试的传统选择方式,仅能利用一半的加性遗传变异,严重影响了AHPND抗性的选择准确性和预期遗传进展。已有研究表明,基因组选择是提高抗病性状选择效率的有效方法。利用基因组信息,可以预测未进行AHPND抗性测试的候选配种个体的基因组育种值,从而高效利用家系内遗传变异,加快抗病性状的遗传改良速度。本研究利用团队自主研发的液相芯片“黄海芯1号”(40K SNP),对AHPND抗性测试个体进行高通量基因型鉴定,利用ss GBLUP与ss BR等方法复合系谱和基因型信息对AHPND抗性进行基因组遗传评估,进一步提升了AHPND抗性的选择准确性。本文的主要研究内容和结果如下:(1)凡纳滨对虾不同群体间AHPND抗性差异与遗传多样性分析。对三个种质资源群体(EE、PP和SS)进行致急性肝胰腺坏死病副溶血弧菌(Vp AHPND)侵染测试,利用“黄海芯1号”对146尾个体进行SNP基因型鉴定。结果显示不同群体间存在抗性差异,PP群体的存活性能比EE和SS群体分别高出12.9%和11.6%。利用质控后的38,148个SNP标记信息构建系统进化树,结果显示群体内同一个家系的个体首先聚在一起,进而同属一个群体的多个家系聚在一起。主成分和遗传结构分析也表明,可以准确地将分型个体划分为3个组,与系统进化树聚类结果一致。遗传多样性分析表明,三个群体的观测杂合度(Ho)平均值为0.25~0.29,多态信息含量(PIC)平均值为0.20~0.23,群体间差异达到极显著水平(P<0.01)。三个群体间的遗传分化系数(FST)为0.11~0.21,存在中高度遗传分化。基因组近交分析表明,EE、PP和SS群体的近交系数均值分别为-0.05±0.06、0.20±0.09和0.37±0.07,后两个群体内部分个体表现出较高的近交水平。使用ss GBLUP-MF(Single Step Genomic BLUP with Metafounders)模型,复合基因型、表型和系谱信息,获得Vp AHPND侵染后存活状态(存活为1、死亡为0)的遗传力估计值为0.24±0.07,表明该性状具有较高的选育潜力。该结果表明,利用液相芯片“黄海芯1号”提供的高通量SNP标记开展分子辅助育种,可以进一步提高基础群体构建和遗传评估的效率。(2)凡纳滨对虾参考群体AHPND抗性的选择准确性分析。对40个家系共计1200尾凡纳滨对虾进行Vp AHPND侵染测试,以存活时间为AHPND抗性表型,收集762尾对虾的表型记录,利用“黄海芯1号”对其中447尾个体进行基因型鉴定,建立了凡纳滨对虾AHPND抗性基因组选择参考群体。通过p BLUP、ss GBLUP、Bayes A、Bayes B和Bayes C方法估计参考群体AHPND抗性的遗传参数。结果显示,利用p BLUP、ss GBLUP、Bayes A、Bayes B和Bayes C模型估计的遗传力分别为0.17±0.063、0.25±0.077、0.26±0.063、0.46±0.060、0.22±0.080,说明参考群体具有较高的AHPND选育潜力。利用p BLUP、ss GBLUP、Bayes A、Bayes B、Bayes C、ss BR-A、ss BR-B和ss BR-C等8种方法估计凡纳滨对虾AHPND抗性的GEBV或EBV,通过5折随机交叉验证方式计算其预测准确性。结果显示,利用p BLUP、ss GBLUP、Bayes A和ss BR-C获得的预测准确性分别为0.15、0.18、0.20、0.27,其中ss BR-C的预测准确性最高,相比于p BLUP提升了80%,揭示了基因组预测在提升凡纳滨对虾AHPND抗性选择准确性上的巨大潜力。AHPND抗性选育多采用同胞测试模式,为评估在该模式下进行基因组选择的预测准确性,从每个家系内随机抽取2尾作为验证群体,其余个体作为参考群体进行同胞交叉验证分析。结果显示,与随机交叉验证方式的结果相比,在同胞交叉验证方式下p BLUP、ss GBLUP和ss BR-A方法的预测能力分别提升了6.67%、16.67%和15.38%,这表明参考群体与候选群体亲缘关系越密切,预测准确性越高。通过对参考群体AHPND抗性全基因组关联分析(GWAS),当p<0.0001作为基因组水平显著性标准,共筛选到9个与AHPND抗性相关联的SNP标记。当p<0.00001作为基因组水平显著性标准,共筛选出4个相关的SNP标记。(3)凡纳滨对虾候选群体AHPND抗性的基因组选择效果分析。为验证基因组选择在凡纳滨对虾AHPND抗性选择育种中的实际应用效果,根据参考群体的同胞测试结果,从24个家系中选取5尾雌虾和5尾雄虾,利用“黄海芯1号”芯片进行高通量SNP基因型鉴定,构建基因组选择候选群体,共计获得238尾个体的基因型信息。根据参考群体的表型和基因型数据,利用ss BR-A模型预测候选群体个体的AHPND抗性的GEBV。筛选高、中、低GEBV亲本,设计优化配种方案生产家系,最终构建了7个高抗性家系、12个中间抗性家系、5个低抗性家系。对24个子代家系个体进行Vp AHPND侵染测试。实验结果表明,当整体存活率为50%时,高、中、低抗性组的平均家系存活率均值分别为69%、61%、31%。高抗性组相较于中间和低抗性组分别提升了13.11%和122.58%;当全部个体死亡时,高、中、低抗性组内个体的平均存活时间分别为568.59h、496.94h、256.47h,高抗性组内个体的平均存活时间相较于中间和低抗性组分别提升了14.42%和120.70%。因此,利用基因组育种值指导配种,可以产生高AHPND抗性家系,进一步增加核心育种群体AHPND抗性的遗传进展。
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