最佳遗传贡献理论及其在水产动物选择育种中的应用前景

水产动物多性状复合育种技术已发展成为国内水产选择育种的重要技术体系。在限定的近交水平下,如何选种和配种实现遗传进展最大化是当前该体系亟待解决的一个突出问题。在动植物选择育种中,最佳遗传贡献理论(Optimum Contribution,OC)已成为平衡育种核心群长期遗传进展与近交水平的有效工具。本文论述了OC理论的提出背景和发展过程、不同优化算法的特点和该理论在动植物选择育种中的应用进展,并进一步综述了基于基因组信息的OC理论研究新进展。遗传贡献目标函数的优化算法主要包括拉格朗日乘数法、半正定规划法和差分进化算法等。基于拉格朗日乘数法,执行OC选择10代后获得的遗传进展要比最佳线性无偏预测法(Best Linear Unbiased Prediction,BLUP)育种值直接选择高21%-60%。针对水产动物等高繁殖力大群体,育种学家进一步改进了算法,利用候选亲本父母本群体的加性遗传相关矩阵来计算候选亲本群体的加性遗传相关矩阵和逆矩阵,降低了逆矩阵的维数,提高了最佳遗传贡献值的计算效率。但是拉格朗日乘数法并不能保证求解出的遗传贡献值为全局最大值,而半正定规划方法利用内点算法可以获得候选亲本的最佳遗传贡献值,与前者相比遗传进展可进一步提高1.5%-9%。差分进化算法可将遗传进展、遗传多样性、后代近交、场间遗传联系、多阶段选择、分子标记利用和成本等多种因素纳入目标函数进行优化,同时完成个体选择和交配方案制定两个关键任务。复合系谱和基因组信息,在限定的近交水平下,可以获得更为准确的遗传贡献值,遗传进展可进一步提高。OC选择已经应用在畜牧、林木育种研究中,育种群体的近交水平得到了有效控制,与BLUP直接选择相比,目标性状的遗传进展进一步提高(17%-30%)。针对水产动物多性状复合育种技术体系的特点,本文分析了OC理论应用的紧迫性和可行性,提出了亟待解决的关键技术问题和解决方案,为下一步在水产动物选择育种中应用OC理论提供借鉴和指导。     

水产动物育种值估计方法及其应用的研究进展

育种值是选种和配种计划制定的基础,育种值估计是水产动物选择育种的重要内容之一,育种值估计的准确性直接影响着育种项目的遗传进展和选择效果。本文综述了3种育种值估计方法,选择指数、最佳线性无偏预测BLUP法和标记辅助BLUP方法的原理、优缺点及其在水产动物育种中的应用进展。众多研究表明,基于系谱结构和表型信息的BLUP方法将成为水产动物育种中一种快速有效的育种值估计方法。     

水产动物分子育种研究进展

本文介绍了水产动物分子生物学尤其是分子标记的发展,比较了共显性标记和显性标记用于水产动物育种研究的优缺点.介绍了开展分子标记育种研究的基础研究--连锁图谱和经济性状QTL定位研究进展.同时还对国内外已开展的标记辅助的家系育种和QTL研究为基础的性状选择育种等研究进行了综述.最后,着重探讨了分子育种理论及作者建立的有关鲤的3种分子标记指导的育种技术.通过分子育种技术具有不同发展阶段的理论分析以及分子育种的实例介绍,旨在加快分子选择手段与常规表型选择的结合,从而推进分子育种技术在中国主要水产养殖动物育种研究中的应用.     

水产动物基因组近交分析软件的开发和应用

水产动物种质资源保存和管理工作中需要分析基因组亲缘关系及近交水平,为此开发了一套水产动物基因组近交分析软件工具包.该软件工具包从高通量基因分型数据预处理起始,以多种统计基因组学分析方法解析、呈现群体遗传特征,提供如基因组共祖系数(Genomic coancestry coefficient)、显性亲缘关系(Domina...     

现代生物技术在水产动物遗传育种中的研究进展

综述了细胞核移植、核酸诱导、细胞与组织培养、细胞融合以及基因工程等技术在水产生物遗传育种方面的研究状况。     

水产动物选择育种的常用方法和应用

世界水产养殖业的快速发展是以良种培育为基础而获得发展和提高的。优良品种可在不破坏生态环境、不影响其它产业发展的情况下提高养殖的产量、质量及经济效益,它和饲料、水质一起构成水产养殖生产的三大主要物质基础。对我国这样一个养殖大国来说,选择育种具有非常重要的作用和意义。     

水产养殖动物基因组研究的现状及其应用前景

The genomic resources from human and several model organisms have been increased very fast since 1990. The techniques for developing genomic resources have already been very advanced and smart. These could make scientists see and improve organism in genomic level. For Chinese aquaculture scientists and aquatic industry, developing genomic resources and genetic tools for the native species are most important in the genomic era. The genomic resources and genetic tools for several aquatic species have been developed and some of them have been used in the marker based selection and other researches. The genome research work on aquaculture species was reviewed in this paper, especially a USDA genome project was focused. Some functional genomic research for aquatic animal was also discussed here. The importance and necessity of China aquaculture species genome project were discussed. Common carp and other cultured fishes in Cyprinidae such as grass carp, silver carp, bighead carp etc were recommended as the candidate species for genome research, because the output of all carps is almost up to 1/3 of total fisheries output in China. Common carp with another virtue for genome research is that there are much more families and strains in common carp than those in other cultured species in China, and those families and strains are the basis for genome research and mapping quantitative trait loci associated with important economic trait. Although the first linkage map of common carp made by Sun needs to be added with more markers for mapping QTL and Type I markers ,it has laid the groundwork for QTL mapping and markerassisted selection in common carp. Because the model organism zebrafish and common carp, grass carp and other carps cultured in China all belong to Cyprinidae, the China carp genome research will obtain a lot of useful information from zebrafish genome research. How the China carp genome program will be conducted and what kinds of strategy involved in this program were all suggested. How the results of the genome research of aquaculture species will be used in the aquaculture industry was reviewed and analyzed here.     

标记辅助选择在动物育种中的研究进展

随着生物科学的不断发展，遗传标记辅助选择（MAS）已经在动物改莨中获得了较大的遗传进展．其中最关键的环节是识别有效的遗传标记。即这一标记应与控制这些数量性状的基因（QTL）处于连锁不平衡（linkage disoquilibrium）状态。目前遗传标记技术在动物遗传育种中的研究已取得一定进展。     

标记辅助选择在动物育种中的研究进展

随着生物科学的不断发展,遗传标记辅助选择(MAS)已经在动物改良中获得了较大的遗传进展,其中最关键的环节是识别有效的遗传标记,即这一标记应与控制这些数量性状的基因(QTL)处于连锁不平衡(linkagedise-quilibrium)状态。目前遗传标记技术在动物遗传育种中的研究已取得一定进展。     

抗菌肽在水产动物中的应用及前景

抗菌肽是存在于生物体内的,具有抗菌活性的碱性多肽,是机体免疫系统的重要组成成分。抗菌肽具有广泛的抑制性,在农业、医学等领域有良好的应用前景。本文综合近年来的研究,概述抗菌肽对水产动物生长性能及免疫能力的影响,展望抗菌肽的应用前景,分析抗菌肽在水产动物应用上存在的问题,为抗菌肽在水产动物中的应用提供技术支撑,也为抗菌肽的深入研究和合理应用提供理论基础。     

中华绒螯蟹配套系育种群体与野生群体的遗传比较与选择压力分析

利用10个微卫星分子标记,对中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)配套系育种群体(A、B选育系F4群体及其正反杂交子一代AB、BA群体)和长江口野生群体(YZ)的遗传变异与差异进行了检测。结果表明:(1)配套系育种群体中,正反杂交群体的遗传多样性高于两亲本群体,但配套系育种群体的遗传多样性均低于野生群体。(2)分子方差分析(AMOVA)、基于Nei’s遗传距离构建的NJ树、主成分分析(PCA)以及STRUCTURE遗传聚类分析均一致显示,正交群体AB与其母本AA为一组、反交群体BA与其母本BB为一组,野生群体YZ单独为一组,三组间的遗传差异极显著(P0.01)。(3)应用Arlequin软件和Bayescan软件进行选择压力检测,发现配套系育种群体中有3个位点、野生群体中有1个位点受到了显著的正向选择压力,揭示连续4个世代的人工选择在一定程度上促进了配套系育种群体与野生群体间的遗传分化。综合研究表明,人工选择作用促进了配套系育种群体与野生群体的遗传分化并导致了育种群体的遗传多样性下降,而配套系育种技术可在一定程度上增加配套子代的遗传多样性。     

海参DNA条形码的构建及应用

为研究线粒体细胞色素c氧化酶亚基Ⅰ (Mitochondrial cytochrome c oxidase subunit Ⅰ,COⅠ)基因作为DNA条形码鉴定海参品种的可行性,本实验采集了7种海参(Holothuroidea)43个个体并获得其线粒体COⅠ基因序列,利用DNAsar、DNAMAN和MEGA 4.1软件分析计算了7种海参的碱基组成以及不同海参之间的种间遗传距离和种内遗传距离,利用邻接法和最大简约法分别构建了分子系统树.结果表明,海参的种间遗传距离显著大于种内遗传距离,不同海参在系统树中分别形成各自独立的分支,表明以CO Ⅰ作为海参DNA条形码进行品种鉴定具有一定的可行性.在建立海参DNA条形码的基础上,设计了针对仿刺参(Apostichopus japonicas)的特异性探针.对4种海参(仿刺参Apostichopus japonicas、冰岛参Cucumaria frondosa、加州拟刺参Parastichopus californicus及梅花参Thelenota ananas)进行斑点杂交实验,结果显示,该探针具有较好的特性和较高的灵敏度,能够实现对仿刺参的鉴定.本研究为后续开展斑点杂交及基因芯片法鉴定海参种类的研究奠定了理论基础.     

刺参池塘低温有机污染物降解细菌的分离筛选及其降解特性

利用刺参(Apostichopus japonicus)饵料培养基,在低温(16±1)℃下,从刺参养殖池塘环境中富集驯化分离有机污染物低温降解细菌;根据菌株生长情况、好氧性和生物安全性进行了初步筛选,然后在菌体接种密度1×106 CFU/mL、(16±1)℃、pH 8.0、160 r/min条件下,通过检测菌株对饵料中有机物(COD)和氨态氮(NH4+-N)成分的去除率来最终筛选获得优良低温有机污染物降解细菌,并对其降解特性进行研究。菌株筛选结果表明,从分离的17株低温细菌中共获得3株菌株DR7、DR8和DR11,它们能同时高效降低和去除饵料浸出物中COD和NH4+-N,5 d COD去除率分别为37.7%、50.0%和21.0%,NH4+-N去除率分别为95.0%、98.0%和99.8%。根据菌株的形态特征、生理生化特性以及16S rRNA序列分析,初步鉴定DR7和DR11属于假单胞菌属细菌(Pseudomonas sp.),DR8属于副球菌属细菌(Paracoccus sp.)。菌株降解特性研究结果表明,菌株培养时间对饵料降解有显著影响(P<0.05),在0～6 d内3菌株对饵料中有机物和氨态氮的去除过程明显,其中DR8降解力最强;各组合菌株的饵料降解效果差异显著(P<0.05),但并不完全优于对照单菌株,其中最佳组合为DR8-DR11。研究认为,筛选的3株低温有机污染物降解细菌为良好的菌种资源,在刺参养殖池塘污染环境调控及刺参微生态制剂的研制方面具有较好的潜在应用前景。     

基于框架法的东黄海日本鲭产卵群体形态差异分析

利用2010年1月至5月在闽南、闽东、温台和烟威渔场采集的254尾产卵期日本鲭(Scomber japonicus)样品,分析了4个海域日本鲭产卵群体的形态差异.每尾样品先以框架测量法(truss method)测定20个框架的数据;再利用相对生长测定法(allometric method)对框架数据进行标准化,消除个...     

中国对虾对白斑综合征病毒的类免疫反应与验证

对中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)能否产生类免疫保护作用进行了初步探讨。将健康的中国对虾接种经不同辐照强度γ射线灭活的白斑综合征病毒(white wpot wyndrome virus,WSSV),连续投喂接种20 d后,对其存活个体进行抗WSSV性能测试,检验其存活情况。结果显示,至216 h实验组(射线辐照剂量分别为5 kGy、10 kGy、15 kGy和20 kGy)存活率分别为45.5%、54.2%、68%和65.4%,存活对虾的病毒携带量分别为(14.0±11.9)、(14.1±4.3)、(24.5±15.0)和(15.1±7.8)copies/ng DNA,死亡对虾病毒携带量分别为(2.1±2.0)×105、(5.2±4.4)×105、(3.8±4.4)×105和(6.2±7.7)×105copies/ng DNA,阳性对照组存活率为20%,其存活和死亡对虾病毒携带量分别为(24.7±7.4)×105copies/ng和(5.8±6.9)×105copies/ng DNA。以上结果说明,中国对虾可能存在类免疫保护作用,而且通过接种经γ射线灭活的WSSV能够提高对虾后续抗感染能力。研究结果旨为采用免疫学手段预防对虾白斑综合征提供参考。     

半滑舌鳎生长激素及其受体基因的原核表达

根据已克隆的半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)生长激素(GH)基因和生长激素受体Ⅰ(GHR-Ⅰ)基因的cDNA序列信息设计引物,用于扩增半滑舌鳎GH、GHR-Ⅰ基因序列。随后,分别利用表达载体pET-32a和pGEX-6P-1成功构建了包含半滑舌鳎GH、GHR-Ⅰ基因ORF全序列及不同ORF片段的6个重组质粒,并将获得的重组质粒在表达宿主菌大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中,用IPTG诱导表达。SDS-PAGE电泳结果显示:重组GH的pET-32a-CSGH质粒在40 kD处有特异性的蛋白条带,重组GHR-Ⅰ胞内区的pGEX-6P-1-CSGHR1-2质粒在70 kD处发现诱导的蛋白条带,其表达量分别占细胞蛋白总量的37.6%和20.2%;而构建的pGEX-6P-1-CSGH重组质粒和含有GHR-Ⅰ基因跨膜区的重组质粒(pET-32a-CSGHR1-1、pET-32a-CSGHR1-2和pGEX-6P-1-CSGHR1-1)均未获得表达产物。由此可见,半滑舌鳎GHR-Ⅰ基因的跨膜区可能影响其在大肠杆菌中的表达。研究结果为实现半滑舌鳎GH、GHR-Ⅰ制剂的开发及应用于养殖生产实践奠定基础。     

大西洋鲑循环水养殖系统弧菌总数快速预测模型

为探明弧菌总数与水质参数之间的定量关系,对大西洋鲑循环水养殖系统中弧菌总数和水质参数的动态变化进行了为期12个月的系统监测。采用多元线性回归法对弧菌总数与水质参数进行了相关性分析,并通过蒙特卡罗模拟法模拟了关键水质参数随机性变化对弧菌总数的影响。结果表明,温度,盐度和化学需氧量(COD)对弧菌总数有显著影响(P0.01)。采用多元线性回归法建立了温度,COD,盐度和弧菌总数之间关系的数学表达式:弧菌总数对数值=–7.24+0.355×COD+0.323×温度+0.129×盐度(R2=0.694,P0.01)。通过蒙特卡洛模拟验证了温度,COD,盐度和弧菌总数动态变化的相关性,结果表明,COD与弧菌总数的动态变化最为相关(R2=0.756),COD是大西洋鲑循环水养殖系统中促进弧菌生长的最大风险因素。为了验证预测模型的有效性,对大西洋鲑循环水养殖系统中弧菌总数和水质参数进行了12个月的测定,并将S–T模型的预测值与本研究的预测值进行了比较。结果表明,本研究模型与观测数据基本吻合(P0.01)。多元线性回归模型和蒙特卡洛模拟法可以作为大西洋鲑循环水养殖系统快速评估弧菌数量的重要工具。     

日粮添加酵母硒和茶多酚对团头鲂幼鱼肝抗氧化酶活性及其基因表达的影响

酵母硒和茶多酚都是优质的天然抗氧化剂。酵母硒作为有机硒源,兼有抗氧化和免疫增强的双重功效。茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称,具有清除体内自由基、抗菌消炎和免疫调节等多种功效。为探讨酵母硒和茶多酚及其配伍对团头鲂(Megalobrama amblycephala)组织硒沉积量,肝中抗氧化酶活性及其基因m RNA表达的影响,本试验采用二因素三水平设计,在团头鲂幼鱼基础饲料中分别添加酵母硒(按硒计)3个水平(分别为0,0.25 mg/kg,0.50 mg/kg),茶多酚3个水平(分别为0,50 mg/kg,100 mg/kg),进行排列组合后得到9组日粮。选用体重为(1.75±0.01)g团头鲂1 350尾,随机分为9组,每组3个重复,每个重复50尾,进行为期8周的饲养试验。结果表明:1)日粮中添加酵母硒和茶多酚均能显著提高团头鲂幼鱼的增重率和特定生长率(P0.05),当日粮中硒缺乏时,两者互作效应显著(P0.05);而当硒适量或过量时,两者交互作用不显著(P0.05)。2)日粮中单独添加酵母硒能显著提高团头鲂肌肉和肝中硒含量(P0.01),而茶多酚对组织硒含量无显著影响(P0.05),两者对硒在肝中沉积的交互作用显著(P0.05)。3)酵母硒和茶多酚均能够通过诱导抗氧化酶基因表达来提高机体抗氧化酶性能,不同的是酵母硒主要上调Ma GPx1和Ma Cu/Zn-SOD基因m RNA表达,茶多酚主要上调Ma CAT基因。4)酵母硒和茶多酚具有协同抗氧化作用,两者配伍上调了Ma GPx1基因m RNA表达量(P0.05),对Ma Cu/Zn-SOD和Ma CAT基因表达有促进作用,结果两者配伍显著提高了肝总抗氧化能力(T-AOC)而显著降低肝丙二醛(MDA)含量(P0.05)。综合分析,建议当基础日粮中添加0.50 mg/kg酵母硒和50 mg/kg茶多酚时,即在提高生长指标的同时较好的提高各抗氧化物酶的活性,降低肝中MDA的含量。     

福尔马林固定鱼类标本DNA提取方法的优化

气候变化和人类活动胁迫致使许多海洋鱼类种群结构发生了显著变化。为了摸清鱼类种群结构对气候变化和人类胁迫活动的响应机理,利用福尔马林固定标本研究较早年代海洋鱼类DNA是一种有效的途径。为了解决福尔马林固定鱼类样本DNA提取质量差的难题,以福尔马林固定近50年的金线鱼(Nemipterus virgatus)标本为例,研究DNA提取过程中多个因素对DNA提取产量的影响。以取样部位、除甲醛处理、消化时间、抽提方法为考察因素,以DNA提取浓度为评价指标,通过SPSS软件设计L8(4×24)正交实验。结果,得到的最优处理组为:肌肉组织样品经GTE缓冲液浸泡与酒精梯度处理后,90℃水浴30 min,真空干燥处理,加入裂解液与蛋白酶K,55℃水浴消化3 h,试剂盒法提取DNA。除甲醛处理是提高DNA产量的关键,处理步骤越多效果越好。90℃水浴后再消化能够显著提高DNA提取效率。通过对比标本DNA与新鲜样品DNA,PCR扩增的结果,证明使用优化方法提取的DNA能够满足后续研究的需求。     

南极磷虾脂肪酸组成及多不饱和脂肪酸质谱特征分析

以10％浓硫酸－甲醇溶液为甲酯化试剂,采用气相色谱/质谱(GC/MS)联用技术分析南极磷虾(Euphausua superba)的脂肪酸组成.根据GC/MS标准质谱数据库检索,结合有机质谱学规律,对多不饱和脂肪酸甲酯的裂解规律和质谱特征进行分析归纳,建立了特征离子确定其碳数和双键数,α离子和ω）离子分别确定脂肪链羰基端和甲基端双键位置的方法.通过气相色谱/质谱分析,从南极磷虾中鉴定出27种脂肪酸,其中多不饱和脂肪酸13种,二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)占总脂肪酸含量的40.64％,高于一般海洋鱼虾类,表明南极磷虾具有较高的营养价值和脂质开发潜力.本研究旨在为南极磷虾营养评价和南极磷虾油等产品的研制开发以及多不饱和脂肪酸甲酯的鉴定提供理论和参考依据.