巴西尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）的遗传和表型特征研究：对种质资源保护与选育计划的启示

《Critical Insights in Aquaculture》：Genetic and phenotypic characterization of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) in Brazil: implications for germplasm conservation and selective breeding programs

尼罗 tilapia 在巴西的九个种群表型无显著差异，但遗传分化中等至高度（DEST 0.00–0.818，FST 0.032–0.393），存在近交问题（平均FIS 0.243）。通过微卫星标记和超声波成像分析，发现GIFT来源种群在鱼片面积上更具优势。巴西首个尼罗 tilapia 种质库的建立为适应本地气候和养殖条件的选育提供了遗传资源基础。

　　### 营养鱼养殖的现状与重要性

营养鱼养殖已经成为全球水产食品市场中的重要组成部分，其中尼罗罗非鱼（Nile tilapia）尤为突出。尼罗罗非鱼以其广泛的适应性而闻名，能够在不同的气候条件下生存和繁殖，这种特性使其在多个地区形成了独特的本地品种。随着全球对可持续水产养殖的需求增加，尼罗罗非鱼不仅在经济上具有重要意义，还在全球粮食安全和生态保护方面发挥着关键作用。

尼罗罗非鱼最初在巴西的引入可以追溯到50多年前，如今已在巴西的各个地区广泛分布，从温暖的东北部到较为凉爽的南部。这种适应能力使得尼罗罗非鱼在巴西的养殖业中占据了重要地位。然而，随着养殖规模的扩大，如何有效管理和利用这些遗传资源成为了一个重要课题。研究者们通过分析巴西九个尼罗罗非鱼种群的表型特征和遗传多样性，发现虽然这些种群在表型上没有显著差异，但在遗传距离（DEST）方面却存在较大的变化，平均近亲系数（FIS）为0.243，表明这些种群之间存在一定的隔离现象。

### 遗传资源的重要性

遗传资源是维持人类生命和促进可持续发展的关键。它们不仅为全球粮食安全提供了生物基础，还直接或间接地支持了地球的生态平衡和现代社会的生活方式。水产遗传资源的定义包括DNA、基因、染色体、组织、配子、胚胎等，以及具有实际或潜在价值的个体、养殖类型、种群和生物群落。由于人类活动和生物多样性的丧失，许多国家都开始关注遗传资源的保护和利用。

为了应对这一挑战，联合国粮食及农业组织（FAO）提出了建立基因库（germplasm bank）作为保护遗传资源的有效手段。基因库的建立不仅有助于保存遗传多样性，还能为选择性育种提供重要的资源。在巴西，建立尼罗罗非鱼的基因库对于确保长期的遗传资源可用性至关重要，这将有助于提高育种计划的效果，增强鱼类的抗病能力，并促进其对环境变化的适应能力。

### 本研究的目的与方法

本研究旨在通过对巴西尼罗罗非鱼种群的遗传和表型多样性进行大规模分析，建立一个代表性的基因库，以支持未来的基因组研究和适应性育种计划。具体目标包括：（i）利用已验证的四核苷酸微卫星标记对不同地区的尼罗罗非鱼种群进行遗传多样性分析；（ii）评估表型特征差异，并探讨遗传和表型参数之间的相关性；（iii）建立巴西首个尼罗罗非鱼基因库，作为未来研究的资源。

在方法上，研究人员首先收集了来自巴西五个州的尼罗罗非鱼样本，包括1,000只幼鱼（平均体重3-5克）从每个种群中选取，并将其运送到巴西渔业研究所（Instituto de Pesca, IP）的实验设施进行进一步研究。所有鱼在运输前都经历了隔离期，并使用微芯片标记（PIT tags）进行个体识别。在实验过程中，鱼被饲养在特定的网箱中，并接受了标准化的饲料。

### 表型数据的收集与分析

表型数据的收集主要通过测量鱼的身体尺寸和通过超声波成像评估鱼肉面积。为了确保数据的准确性，研究人员对鱼进行了麻醉，并使用10%的乙醇溶液和苯佐卡因进行处理。测量包括体重（BW）、全长（TL）、标准长（SL）、头长（HL）、总高度（TH）、头高（HH）和体宽（BWi）。为了消除可能的尺寸差异，所有测量结果都被除以全长（TL），得到调整后的数据。

在超声波成像方面，研究人员使用了VINNO Technology Suzhou Co., Ltd.的Vinno-Q Series 7 L超声设备，设置深度为3.5厘米，频率为10 MHz。通过这种方式，他们能够获得鱼肉面积的准确数据，并利用Flyinsono软件进行分析。这些表型数据的收集和分析为后续的遗传多样性研究提供了重要的基础。

### 遗传数据的收集与分析

遗传数据的收集主要通过微卫星标记进行。研究人员使用了Freitas等提出的一组四核苷酸微卫星标记，并在PCR反应中使用了特定的试剂和条件。DNA扩增通过Veriti? Dx热循环仪进行，反应体积为25 μL，包括10-50 ng/μL的DNA、1 U的Taq DNA聚合酶、1×缓冲液（100 mM Tris-HCl pH 8.8，500 mM KCl）、2 mM MgCl2、2.5 mM dNTPs、10 μM的每种引物以及一个标记为IRDye 700的正向寡核苷酸引物。PCR反应条件包括初始变性（95°C，60秒）、35个循环（变性94°C，30秒；退火在特定温度下，60秒；延伸72°C，40秒），最后进行一次延伸（72°C，600秒）。

PCR产物在6.5%的变性聚丙烯酰胺凝胶上进行电泳，并使用Li-Cor的DNA Analyzer 4300进行检测。为了确定微卫星带的大小，使用了50-350 bp的DNA尺寸标准（IRDye 700）。凝胶图像和带大小通过Li-Cor Biosciences的SagaGT Client软件进行分析。

### 统计分析

在统计分析方面，研究人员首先手动记录了表型数据，并使用计算工具进行整理。通过箱线图方法，他们识别了异常值和极端值，从而确定了数据中的潜在错误和可能影响分析的个体。所有变量均通过Shapiro-Wilk检验进行正态性分析，并通过Levene检验评估方差的同质性。由于大多数变量未能通过正态性检验，研究人员采用了广义线性模型（GLM）进行后续分析。

在遗传数据分析中，研究人员使用了poppr包进行数据缺失分析，并评估了可能的非等位基因丢失和错误得分问题。他们还使用了MicroChecker、Cervus 3.0.7、ML-NullFreq和FreeNA四种方法来检测潜在的null alleles。此外，使用了Genepop on the Web 4.2评估连锁不平衡（linkage disequilibrium）。遗传多样性通过各种参数进行量化，包括每个位点的等位基因数量、等位基因丰富度、观察到的和预期的杂合度。这些参数通过R软件中的hierfstat包和poppr包进行估计。

### 研究结果

研究结果表明，虽然不同种群在表型上没有显著差异，但在遗传距离（DEST）方面存在较大的变化，范围从0.00到0.818，平均近亲系数（FIS）为0.243。这表明这些种群之间存在一定的隔离现象。通过使用DAPC和D_EST指数进行分析，研究人员确定了最优的聚类数（k=9）和保留的主成分数（11 PCs），以解释75.3%的原始变异。这些分析结果支持了不同种群之间存在遗传差异的假设。

此外，研究还发现，SAL种群在多个表型特征上表现出显著的差异，而ILH种群在超声波测量的鱼肉面积上显示出较高的值。这些结果表明，ILH种群可能在提高鱼肉产量方面具有优势。然而，由于样本数量和位点数量的限制，研究人员发现部分种群可能存在遗传多样性不足的问题，特别是在较老的泰国奇特拉达（Thai-Chitralada）种群中。

### 讨论与意义

本研究的结果对于巴西尼罗罗非鱼的遗传资源管理和育种计划具有重要意义。尽管不同种群在表型上没有显著差异，但遗传距离的显著变化表明这些种群在遗传结构上存在差异。这种差异可能是由于长期的本地适应和隔离效应导致的。此外，较高的近亲系数（FIS）值表明这些种群中存在一定程度的近亲繁殖，这可能影响其遗传多样性和养殖性能。

研究还指出，尽管微卫星标记在遗传多样性研究中具有重要价值，但它们的分辨率较低，无法提供更详细的遗传信息。因此，未来的研究应考虑使用高通量基因分型技术，如单核苷酸多态性（SNP）阵列或全基因组测序，以更全面地了解这些种群的遗传变异。此外，研究强调了基因库在保护遗传资源和提高养殖效率方面的潜力，特别是在应对气候变化和生态风险方面。

### 结论与展望

本研究通过综合分析表型和遗传数据，揭示了巴西尼罗罗非鱼种群的遗传结构和适应性特征。研究结果表明，尽管表型差异不显著，但遗传多样性存在显著差异，这为未来的育种计划提供了重要的依据。通过建立基因库，巴西可以在提高养殖效率、增强鱼类抗病能力和适应环境变化方面取得进展。

然而，研究也指出了一些局限性，如样本采集可能存在的偏差和遗传结构的复杂性。因此，持续的监测和定期的基因库更新对于保持遗传多样性和识别新的适应性变异至关重要。此外，与育种中心和孵化场的合作将有助于将这些遗传资源应用于大规模养殖系统，从而提升巴西水产养殖的可持续性和竞争力。

### 未来的研究方向

为了进一步优化尼罗罗非鱼的遗传资源利用，未来的研究应重点关注高通量基因分型技术的应用，如SNP阵列和全基因组测序，以获得更详细的遗传信息。此外，应加强对不同种群之间的基因流动和遗传隔离的分析，以确保遗传资源的多样性和稳定性。通过这些措施，巴西可以更好地利用其丰富的尼罗罗非鱼遗传资源，为全球水产养殖业的发展做出贡献。