低温保存技术提升大西洋鲑基因组选择与遗传多样性的模拟研究

本文通过模拟大西洋鲑育种程序，系统评估了精子冷冻保存（Cryopreservation）对加速遗传进展（Genetic Gain）、降低亲缘关系（Kinship）及增强选择重定向能力的积极作用。研究证实，冷冻保存高育种值（Breeding Value）个体可显著提升基因组选择（Genomic Selection）效率，尤其在引入负相关性新性状时优势明显，为水产育种和物种保护提供了创新策略。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过个体层面的基因型模拟，揭示冷冻保存精液如何作为"基因时光胶囊"，打破大西洋鲑非重叠世代育种的时间壁垒。当把往年的"冷冻英雄父亲"请回现代育种场，它们不仅带来了遗失的遗传变异，还像基因组的"外交官"一样，促进了不同育种系之间的遗传交流。

模型概述与假设

我们使用R语言MOBPS包搭建了一个"数字鲑鱼育种王国"，这个王国初始由基因各异的创始种群建立，随后分成四个独立的育种系（就像四个平行进化的鲑鱼家族）。每个系遵循四年一个世代循环，我们为性状设定了基因组架构，并进行基因组预测和选配。研究包含两个核心情景：单性状选择指数和双性状选择指数，每种情景都配置了独特的参数组合。

遗传进展与基因组预测准确性

在第一个情景中——探讨冷冻保存采样策略对育种目标的影响——遗传进展的结果因采用的策略而异（图2A）。总体而言，冷冻保存更多高育种值（Breeding Value）雄鱼（Cryo2策略）在10代后获得了最大的遗传进展（6.49个遗传标准差；95%置信区间为6.20–6.78）。而不采用冷冻保存的模拟（NoCryo策略）则遗传进展最小（4.92个遗传标准差）。在预测准确性方面，冷冻保存情景（Cryo1和Cryo2）在大多数世代中都表现出比NoCryo情景略高的基因组预测准确性（图2B）。冷冻保存样本的使用模式也很有趣：较新的冷冻样本（即保存时间较短的）被选作亲本的频率远高于保存时间较长的"老古董"样本。

讨论

本研究通过模拟大西洋鲑育种程序，深入探讨了生殖细胞冷冻保存在水产养殖遗传改良中的应用潜力。模拟结果表明，将冷冻样本视为潜在亲本能够带来更大的遗传进展（Genetic Gain），尤其是当冷冻保存的雄鱼数量多且育种值高时，效果最为显著。这一优势在引入新的选择性状时表现得尤为突出：当新性状与原有性状呈负相关（ρ = -0.3）时，冷冻保存如同一个"遗传急救包"，能快速引入之前可能被无意中淘汰的有利基因，从而加速对新性状的遗传改良。总之，这项工作雄辩地证明了冷冻保存在最大化农业遗传进展和维护具有韧性的育种种群（适用于农业和保护生物学）方面的巨大价值。