三角帆蚌金色品系生長性狀遺傳參數及基因型與環境互作效應分析

何志然，胡宏輝，馮上樂，李家樂，白志毅，2，3*

(1.上海海洋大學 農業農村部淡水水產種質資源重點實驗室，上海 201306；2.上海市水產養殖工程技術研究中心，上海 201306；3.水產動物遺傳育種中心上海市協同創新中心，上海 201306)

三角帆蚌Hyriopsiscumingii是中國重要的淡水育珠蚌，中國淡水珍珠產量占世界90%以上，其中80%以上是由三角帆蚌培育[1-3]。但由于淡水珍珠產品同質化、色調單一等問題，珍珠價格提升緩慢，競爭力減弱，并造成中國淡水珍珠產業“高產低值”現象[4]，在珍珠市場上，大溪地產的黑色珍珠、澳大利亞產的金色珍珠及三角帆蚌“申紫1號”培育的紫色珍珠等都是珍珠飾品中的佳品。其中，三角帆蚌“申紫1號”新品種的培育實現了紫色珍珠的定向培育，顯著提升了珍珠品質和價值，并開啟了定向培育彩色淡水珍珠之路。近年來，金色珍珠已成為消費者喜歡的高端珍珠產品，本實驗室也開展了淡水金色珍珠品系三角帆蚌的選育工作。

遺傳參數和基因環境互作效應評估是選擇育種的基礎性工作[5-7]，遺傳參數的評估關系到整個育種計劃的可行性、遺傳改良進展預測的準確性和良種推廣區域的適用性，對目標性狀的遺傳參數進行準確的評估可顯著提升育種工作的效率[8]。前期研究表明，三角帆蚌生長性狀不僅直接影響珍珠的大小、圓度、珍珠層厚度(有核珍珠)等珍珠品質，而且還影響珍珠產量[9-10]。在珍珠蚌良種培育過程中，生長性狀是優先考慮的重要性狀。為此，本研究中建立了三角帆蚌金色品系家系，以生長性狀為選育指標，選取早期幼蚌(5月齡)和插珠前期小蚌(17月齡)兩個三角帆蚌選育關鍵時期，估算金色品系三角帆蚌生長性狀的遺傳力、遺傳相關系數(遺傳相關)、表型相關系數(表型相關)及基因型與環境互作效應，旨在為三角帆蚌金色品系生長性狀及產珠性能遺傳改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用三角帆蚌金色品系親蚌來自浙江省金華市武義偉民水產養殖有限公司。

1.2 方法

1.2.1 親本繁育 選取健康、活力強、性腺發育良好的三角帆蚌金色品系母蚌19個和雄蚌9個進行隨機交配，于2017年5月份在該公司進行繁育。將所選親本掛養于單獨的養殖池塘中, 利用網箱進行隔離, 按三角帆蚌繁育基本步驟在溫室大棚內進行寄苗、脫苗、流水培育等工作，共得到三角帆蚌金色品系19個母系半同胞家系。當蚌苗在育苗池中生長至2 cm左右時，將蚌苗置于加有底泥的網箱(40.0 cm×40.0 cm×12.0 cm)內掛養，然后分別懸掛于浙江武義偉民水產養殖有限公司養殖池塘和上海海洋大學崇明基地養殖池塘中，每個家系在兩基地均懸掛4個網箱，每個網箱約100只稚蚌，按照出池順序(1～19)每個網箱中放置防水并寫有數字的硬殼標簽用以區分家系，定期進行施肥管理操作。

1.2.2 取樣與生長性狀測量 于同年10月分別從兩地每個家系中選取3個網箱進行選育工作，主要從殼長、殼寬、體質量和顏色(金色殼色)方面進行選育，選擇標準為生長性狀50%、殼色50%，最終每個網箱保留約25只幼蚌用于本試驗及后期的選育工作，在三角帆蚌5月齡和17月齡時，使用游標卡尺隨機對其中的每個母系半同胞家系的15只蚌進行殼長、殼高和殼寬的測量(精確到0.01 cm)，采用電子托盤天平對體質量進行測量(精確到 0.01 g)，兩地19個家系共測量570個樣本。

1.2.3 系譜鑒定 金色品系三角帆蚌19月齡時，采用海洋動物組織基因組DNA提取試劑盒(天根生化科技有限公司)對樣本進行DNA提取。利用本課題組開發的HcuCA005、HcuCA007、HcuCA0057、HcuCA0049[11]、HcuCA0385 和 Hce35[12]6對微衛星引物(表1)進行系譜鑒定。PCR反應體系(20 μL)包含： 2×Taq PCR MasterMix(天根生化科技有限公司)10 μL，基因組 DNA(50 ng/μL)3 μL，上、下游引物(10 mmol/L)各 0.5 μL，用無菌雙蒸水補足至20 μL。

PCR擴增程序為: 94 ℃下預變性3 min；94 ℃下循環變性30 s，退火復性30 s(引物退火溫度見表1)，72 ℃下延伸30 s，共進行35個循環；最后在72 ℃下再延伸 10 min，于4 ℃ 保存。將擴增后的熒光 PCR 產物送至上海邁普生物科技有限公司進行STR 分型。

表1 三角帆蚌6對微衛星引物特征Tab.1 Repeat motif and relevant primer characteristics of six microsatellites in freshwater mussel Hyriopsis cumingii

1.3 數據處理

將微衛星標記所得數據整理后利用Cervus 3.0軟件和Popgen 3.2軟件進行系譜分析和期望雜合度(He)、觀測雜合度(Ho)、多態信息含量(PIC)、等位基因數(K)和無效等位基因(null)等參數的分析[13]。

采用SPSS 24.0軟件對試驗數據進行初步分析。通過建立混合線性模型，采用Asreml-R 3.0軟件估計金色品系三角帆蚌生長性狀方差組分，估算遺傳參數和分析基因型與環境互作效應.模型計算公式為

y=Xb+Zα+e。

其中：y為每個性狀(殼長、殼高、殼寬、體質量)的觀測值；b為固定效應(地點)；α為隨機效應(每個地點的家系)；e為隨機誤差效應；X和Z為相關效應的矩陣。

2 結果與分析

2.1 親子鑒定及遺傳多樣性

采用6對微衛星標記，對2個環境養殖的三角帆蚌金色品系子一代(19月齡)570個個體進行親子鑒定，其中，504個體的親本來源清晰，這些個體來自19個母本和9個父本交配產生的41個全同胞家系(F1～F41)。

從表2可見：金色品系的群體平均等位基因數為13，平均觀測雜合度Ho達到0.805，平均期望雜合度He達到0.842，平均多態信息含量PIC為0.819，遺傳多樣性較高。

表2 三角帆蚌金色品系遺傳多態性分析(17月齡)

2.2 各家系三角帆蚌生長性狀比較分析

崇明養殖環境下，17月齡三角帆蚌殼長按最優依次排序的5個家系為F30>F29>F24>F25>F12，殼高按最優依次排序的5個家系為F30>F29>F24>F25>F12，殼寬按最優依次排序的5個家系為F29>F30>F4>F5>F24，體質量按最優依次排序的5個家系為F30>F29>F25>F24>F12(表3)。

表3 17月齡崇明三角帆蚌前5家系各生長性狀Tab.3 Growth traits of 17 months old freshwater mussel Hyriopsis cumingii in top five families cultured in Chongming

武義養殖環境下，17月齡三角帆蚌殼長按最優依次排序的5個家系為F24>F25>F19>F18>F21，殼高按最優依次排序的5個家系為F24>F25>F12>F13>F19，殼寬按最優依次排序的5個家系為F24>F25>F19>F18>F21，體質量按最優依次排序的5個家系為F24>F25>F19>F18>F12(表4)。

表4 17月齡武義三角帆蚌前5家系各生長性狀Tab.4 Growth traits of 17 months old freshwater mussel Hyriopsis cumingii in top five families cultured in Wuyi

2.3 5、17月齡三角帆蚌生長性狀遺傳力、遺傳相關和表型相關

從表5可見：三角帆蚌殼長、殼高、殼寬和體質量的遺傳力在5月份時分別為0.18±0.07、0.19±0.03、0.22±0.09、0.18±0.09，屬于中等遺傳力，各性狀間遺傳相關范圍為(0.84±0.02)～(0.96±0.07)，表型相關范圍為(0.56±0.02)～(0.92±0.04)；三角帆蚌殼長、殼高、殼寬和體質量的遺傳力在17月齡時分別為0.26±0.22、0.30±0.16、0.30±0.09、0.23±0.25，屬于中等遺傳力，各性狀間遺傳相關范圍為(0.52±0.03)～(0.97±0.06)，表型相關范圍為(0.45±0.02)～(0.91±0.01)。

表5 5、17月齡三角帆蚌金色選育系生長性狀的遺傳力(對角線)、遺傳相關(下三角) 和表型相關(上三角)

2.4 基因型與環境互作效應

從表6可見：通過分析同一性狀在兩個地點的遺傳相關，得到5月齡時各性狀遺傳相關范圍為(0.53±0.14)～(0.57±0.12)，17月齡時遺傳相關范圍為(0.27±0.08)～(0.31±0.09)，遺傳相關均低于0.8，說明生長性狀在武義和崇明兩地間存在顯著的基因型與環境互作效應；5月齡兩地各生長性狀的遺傳相關均大于17月齡，說明隨著養殖周期的延長，基因型與環境互作效應更加明顯。

表6 武義和崇明兩地間5、17月齡三角帆蚌各性狀的遺傳相關(rb)

3 討論

3.1 金色品系三角帆蚌群體遺傳多樣性和優良家系

三角帆蚌“申紫1號”的育成對中國淡水彩色珍珠定向培育具有重要意義。近年來，金色珍珠頗受市場的歡迎，因此，淡水珍珠養殖產業迫切需求產金色珍珠的三角帆蚌良種。本研究中收集了金色內殼色的三角帆蚌，通過研究金色品系三角帆蚌各性狀的遺傳參數，可為后期的選擇育種和定向培育金色珍珠提供相關理論依據。在繁育過程中，三角帆蚌存在母蚌懷卵和一雌多雄受精現象[14]，這些繁殖生物學特征，方便了三角帆蚌母本半同胞家系的建立，但父本系譜信息需要親子鑒定技術進行分析，本試驗中將實驗室前期建立的親子鑒定技術應用于其中，證實該鑒定技術在金色品系三角帆蚌選育群體中仍適用。

本試驗中，金色品系群體觀測雜合度為0.805，期望雜合度為0.842，多態信息含量為0.819，這表明選育群體具有較高的遺傳多樣性，選育潛力較大，該結果高于李清清[9]分析的紫色三角帆蚌F5群體，這與金色品系仍處于選育初期有關，隨著選育工作的深入，群體遺傳多樣性通常會略有降低。

本試驗中，17月齡上海崇明的F12、F24、F25、F29和F30號家系表現最優，浙江武義的F18、F19、F21、F24和F25號家系表現最優，這說明養殖環境對三角帆蚌的生長影響較大，其中，F24、F25號家系在兩地均表現優良，對環境具有更廣的適應性，上述結果為家系選留提供了科學參考。

3.2 金色品系三角帆蚌生長性狀遺傳參數分析

相關研究表明，三角帆蚌的產珠量、珍珠規格、圓度與生長性狀顯著相關[10]，對馬氏珠母貝Pinctadamartensi的研究表明，體質量較大的育珠貝所產的珍珠質量較優[15]，因此，生長性狀已在珍珠蚌育種實踐中作為重要的育珠性狀進行遺傳改良。遺傳力高低是估計育種效果的重要參數之一，遺傳力越高選育效果越好，選育進展越快。高等遺傳力代表該性狀遺傳力數值大于0.3，中等遺傳力代表該性狀遺傳力數值為0.15～0.30，低等遺傳力代表該性狀遺傳力數值小于0.15[8]，長牡蠣Crassostreagigas殼長、殼寬、殼高、體質量的遺傳力為0.08～0.35[16]，大珠母貝的遺傳力為0.15～0.23[17]，本研究中，5月齡和17月齡金色品系三角帆蚌各形狀的遺傳力分別為0.08～0.22、0.23～0.30，生長性狀均表現出中等遺傳力，說明金色品系三角帆蚌在早期幼蚌和插核前期小蚌兩個時期選育均可達到良好的選育效果。本研究中分析發現，17月齡時殼長與體質量遺傳力標準差較大，這可能與三角帆蚌在生長過程中殼長和體質量的生長幅度變化較大有關，5月齡—17月齡階段屬于三角帆蚌生長的快速期，不同的個體間殼長和體質量均有較大差異。本研究中的金色品系生長性狀遺傳力較李清清[9]、王照旗等[7]研究的紫色品系三角帆蚌生長性狀遺傳力略小，這可能與兩品系種質不同有關，之前Bai等[14]的研究表明，三角帆蚌生長性狀與殼色性狀遺傳相關、表型相關不顯著，但僅局限于紫色品系三角帆蚌，關于種質與遺傳力的關系有還待進一步研究。

本試驗中還分析了殼長、殼高、殼寬和體質量在金色品系三角帆蚌兩種月齡中的相關性(遺傳相關和表型相關)，結果表明，兩種月齡各性狀間均呈顯著正相關，其中遺傳相關范圍為(0.52±0.03)～(0.97±0.06)，表型相關范圍為(0.45±0.91)～(0.92±0.04)。兩種月齡所有相關中，殼長與體質量的相關性最高，均在0.9以上，且殼長和體質量與其他性狀的相關性都較高，這與金武等[6]、王照旗等[7]對紫色家系1齡蚌的研究結果相一致。結合本試驗研究結果，在對金色品系三角帆蚌子二代的選育過程中可以優先對殼長和體質量進行選育，不僅可對其他生長性狀進行改良，也可對以后的育珠性能有一定的改良，這對提高選育效率和育珠性能具有重要意義。因此，本研究結果可為開展金色品系三角帆蚌選育工作和預測選育進展等提供科學依據。

4 結論

1)該群體金色品系三角帆蚌具有較高的遺傳多樣性，選育潛力較大。

2)金色品系三角帆蚌各生長性狀在5月齡和17月齡時均屬中等遺傳力，各生長性狀之間具有較顯著的遺傳相關性，可以間接選擇。

3)金色品系三角帆蚌的生長性狀具有較明顯的基因型與環境互作效應，不同的養殖環境影響其生長情況，因此，以后推廣該品系時需要充分考慮這些因素。