凡纳滨对虾产卵次数遗传力评估
Ana M. Ibarra, Fabiola G. Arcos, Thomas R. Famula, Elena Palacios, Ilie S. Racotta
文章来源：Heritability of the categorical trait "number of spawns" in Pacific
white female shrimp Penaeus (Litopenaeus) vannamei
阅读者：樊云鹏
摘要：我们估算了凡纳滨对虾雌虾30天繁殖期产卵次数的遗传力。这一估计是基于贝叶斯统计方法，收集了2代 (年)的全同胞母本及其后代雌虾的数据。对分类数据采用阈值模型估计遗传力，包括年和年内设定固定效应。所有雌虾都提供了信息，不管它们是否产卵。对5个类别的表型进行了重新排序：0，1，2，3和4次或产卵更多。产卵次数的遗传力为0.20，95%置信区间为0.06-0.43，表明该性状可通过选择育种得到改善。
1.****引言
众所周知，在虾和仔鱼的生产孵化环境过程中，有很大比例的雌性动物在整个生产周期都不会产卵或只产卵1次，而只有一小部分能够产生多次(Bray等，1990；WYBAN和Sweeney，1991；Cavalli等人，1997；Palacios等，1999a；Arcos等人，2003b)。随着产卵次数的增加，并没对其组织的生化组成、卵及幼苗品质产生负面的影响（Browdy和Samocha，1985；Ootgalli等人，1988；Palacios等人，2000；Arcos等人，2004年3B，2004年；Palacios和Ramotta，2003年)，因此这一特性在基因改良计划中成为一种理想的性状，并考虑对虾繁殖质量的选择。
利用多次产卵能力和卵品质性状来进行高性能育苗，如果存在任何遗传变异，将是提高无节节幼体产量的重要策略(Wyban和Sweeney，1991年；Ibarra，1999年；racotta等人，2003年)。一个性状的遗传方差可以在系谱结构的群体中估计，作为该性状的遗传力。第一次产卵的天数(潜伏期)和第一次产卵虾卵中卵黄蛋白的浓度已经有报道有显著的遗传力(Arcos等人，2004年)。对于多重产卵能力，有人认为是从母本遗传给雌虾的(Wyban and Sweeney,1991)。
在本研究中，我们希望通过阈值模型进行遗传力估计，来确定被称为多重产卵能力的性状(以产卵次数来衡量)是否是遗传的。
2.****材料和方法
2.1.动物来源
南美白对虾(Litopenaeus vannamei)是从委内瑞拉引进的群体中驯化衍生出来的，后来在锡那罗亚和墨西哥西北部的下加利福尼亚南部的私人孵化厂繁殖，后来在那里被称为Melagos系。本研究中使用的家系生产和成长信息载于Pe´rezRostro and Ibarra (2003a,b)。
2.2.****代
2.2.1.第1代-1年
全同胞家系是通过交配产生的。一只雌性与一只雄性在两个产卵日交配，共将60个全同胞家系划分为两组（A、B）。组按出生日期按3个月的年龄分开。在两个产卵日的每一个产下的家系被分为两组，以测试出生年龄是否对产卵的数量有影响。当虾达到繁殖的大小时，随机选择两个家系中的个体转移到成熟和繁殖实验室。在驯化期间，至少有80%的虾蜕皮后，雌虾会遭受单侧的眼柄消融，并在剩下的眼柄上单独贴上一个彩色的、数字编码的眼标。这些雌性和不相关的雄性(性别比为1：1)养在黑色的池子里，密度为7尾/m2。每天交换水(300％)，温度保持在28℃，且盐度在37ppt。该日粮由16%鱿鱼、52%多链菌和32%贻贝组成，分为4种等量日粮，占每日配给湿重生物量的20%，每日调整。60个全同胞家庭(共263个)中的1到22尾雌虾在摘除眼柄后的30天内的产卵量被打分(0，1，2，3，4或更多)。虾被饲养在CIBNOR的虾繁殖实验室。
从第一代中产生的后代在两个地方养殖至繁殖期：有衬垫的池塘（E1）和 土塘（E2）。
2.2.2.第2代-2年
雌性来自为第一代生产的家系，在两种池子(E1和E2)中生长，在1岁时转入成熟和繁殖实验室。在84个全同胞 (总共333个)每个家系中，有1到12尾雌虾在眼柄摘除后和30天内被评分(0，1，2，3，4或更多)。对虾进行眼柄摘除、放养、驯化，并在与第一代相同的条件下饲养。在这一代中，用于交配的雄性来自于不相关的雄性，但都来源于Melagos品系。
2.3.数据收集
数据收集了每一代眼柄摘除后30天的产卵次数。每天用灯通过外骨骼观察性腺的大小和颜色看性腺发育状况，将附带精原细胞的雌虾放到150L28℃35ppt的产卵池中。记录每只雌性眼切除后第0天至第30天的产卵总数。
2.4.遗传力估计
估计产卵次数的遗传力，考虑它是一种不连续的表型（例如不产卵，1，2，3或更多产卵），但是有一个连续的、潜在的、不可观察的尺度来调整一个阈值的继承模型（Falconer和Mackay， 1996）。在阈值模型下，假设观察到的表型与一个潜在的、不可观测的连续变量(i.e. h)有关，通过一组4个固定阈值(t1、t2、t3和t4)定义为偏离标准偏差单位的平均值(表1)。采用标准正态分布(平均数=0；方差=1)对每一类产卵量的雌性百分比进行了tx初步估计(Falconer和Mackay，1996年)。由于遗传和环境的联合贡献(类似于任何其他连续的正态分布性状) θ值增加，并跨越一个阈值，所观察到的表型从无产卵变为1次产卵、2次产卵、3次或更多。
θ的模型是：θijk=μ+yeari+setj（year）l+ak+eijkl
其中θ是特定雌性虾k(k=1-596)在i(i=1或2)年内从组j(j=1或2)中不可观测的连续变量。μ是一个未知的常数，yeari是两年中的一年对产卵数量的贡献，setj在yeari是该家系对产卵量的贡献，ak是该特定的雌虾的加性遗传贡献，而eijkl是一个未知的残差。由于基本尺度是不可观测的，我们假定总方差
，
(Gianola和Foulley，1983年；Harville和Mee，1984年；Sorensen等人，1995年)。用
估计产卵次数的遗传力。
获取估计数
，我们用了混合模型贝叶斯策略，概述于Sorensen等人（1995）。贝叶斯方法允许得到未知参数的点估计和分布估计。未知参数分布的估计使用了一种称为Gibbs抽样的数值积分技术（Geman和Geman，1984年）。该算法基于参数已知条件分布的随机变量序列的迭代生成，给出了数据的似然函数。其后对参数的估计见分析这一序列的随机数，称为吉布斯样品。在这个分析中，我们产生了 50万个可能遗传性样本。我们对遗传力的估计是从每25次迭代，在舍弃前5万之后样本，共18，000个样本观测(i.e.[500,00050,000]/25）。吉布斯取样分析的过程和理论依据已在其他地方作了说明（Sorensen等人，1995年；Geman和Geman，1984年；Van Tassell和 Van Vleck，1995年）。
遗传力的置信区间是从吉布斯抽样估计的“经验”分布（18,000值），得到95%置信区间(即排序后，CI下限值位于位置=0.025*18，000=450，CI上限值位于位置18，000-450=17，550)。
通过均值对比分析测试固定效应，获得95%置信区间。
3.****结果
3.1.产卵量的遗传力
遗传力估计的后验分布如图1所示。该样本的平均值为0.20，模式为0.15，中位数为0.18。产卵次数的平均遗传力有95%的置信区间为0.06~0.43（图1）。
3.2.固定效应
两代产卵量有显著差异(P<0.05)，原因是第二代的平均产卵量(1.71±0.08次/月)大于第一代(1.31±0.10次/月)。
在第一代内，出生年龄对产卵量没有影响。在第二代中，生长环境对每只雌虾的产卵量没有显著的影响，这表明在任何一种养殖池中生长的雌性产卵量上并没有不同。
4.****讨论
1999年以前，不确定虾孵化过程中的多次产卵的个体在生产中是否可取。这是因为不同的研究显示了不同的结果，多次产卵的个体会产不同质量的幼体。然而，随着一系列关于雌虾生理状况和雌虾产幼体质量的研究(Palacios等人，1999 a，b，2000)，以及两项研究有可能分离出两种混淆效应，产卵时间和产卵顺序 (Palacios and racotta，2003；Arcos等人，2003 b)，现在人们普遍认为是多次产卵是产虾幼体的理想选择，因为他们的生理状况和所产生的幼体不受多次产卵的影响。
在生产和经济方面，这一点是重要的，因为它有助于增加总产量。例如，Wyban和Sweeney（1991年）估计10%的雌虾产量负责生产50%的无节幼体；Bray等人（1990年）发现70%的幼体产自不到25%的雌虾；Cavalli等人（1997年）报道，在133只雌虾中，10只产卵量最高，占总产卵量的42%；Palacios等人（1999年a）6个多次产卵者的产卵量相当于91只只产1次的雌虾的总产卵量。
在本研究中使用的阈值模型证实了假设被检查的性状是多基因的。因此，虽然表型是离散的，一个潜在的连续变量的存在，结合遗传和环境的影响，是自然的。这个潜在的不可观测的尺度可以被认为所产生的数量是由于激素控制成熟的加性效应和其他影响因素在实际成熟过程之和（图2）。 虽然这一特征的生理和内分泌基础尚不清楚，但激素和神经内分泌分子已被证明能诱导虾的成熟。例如，消融或切除雌性眼梗中的一个窦腺是已知能诱导成熟和产卵，大概原理是通过减少抑制性腺激素的量，也被称为卵黄发生抑制激素（审查情况见Racotta等人，2003年）。另据了解，在一个生产周期中多次产卵个体也是先产卵的。也就是说，它们有最短的产卵间隔（Palacios等人，1999年a； Arcos等人，2003年b，2004年）。将多次产卵的雌虾在眼柄摘除前在其血淋巴中含有较高浓度的卵黄蛋白，它们在眼柄摘除后产卵次数多的雌虾卵黄蛋白浓度也高于产卵次数少的（Arcos等人，2003年b，2004年）。此外，雌虾的多次产卵能力(家系平均值)与卵母细胞的平均直径和配子发生时卵巢的成熟程度(未公布的数据)呈正相关(未公布的数据)，这两者都反映了卵的成熟程度或卵黄蛋白的积累程度。那么，把所有这些已知的事实结合起来，生理基础量表就可以代表以下几个方面的总和：(A)控制生殖的激素量对每个雌性的附加效应；(B)卵黄素的表达、合成和转运到性腺的数量；(C)激素和卵黄素受体的数量。
总之，无论哪些特定基因参与决定对虾的多重产卵能力，本研究对产卵次数的遗传力估计表明，该性状是由遗传决定的，该性状的改变可以通过选择育种来实现。这一特性的改善是重要的，因为多重产卵能力是在低频率，并且并不是所有家系都具有这个能力。例如，在从第一代开始评估的60个家系中，只有43%(n=26)的家系拥有多次产卵的雌性，其余57%的家庭(n=34个)要么没有产卵，要么少于4次产卵。此外，在这26个家系中，有多次产卵的雌性所占比例估计约为38%(在将家系中多次产卵的雌性数量与该家庭中的雌性总数进行加权后)。
致谢
我们感谢J.L.Ramirez，M.Quin Justones，B.Soto，C. Lopez，G.Gonzalez，J.M.Mackliz在这项研究中的技术支持。本研究得到了CONACYT-红墨西哥针刺1号品系100-2“对虾商品化生产的优化”的支持。数据分析得到了 UCMEXUS-CONACYT学术研究金（伊巴拉）..