《Aquaculture Reports》：Development and evaluation of a 40?K liquid SNP array for kuruma shrimp (
Penaeus japonicus)
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日本囊对虾（Penaeus japonicus）是全球水产养殖中具有重要经济价值的物种。然而，其遗传改良一直因缺乏高效的分型工具而受到限制。研究人员基于394份样品的全基因组重测序（whole-genome resequencing, WGS）数据，利用靶向测
日本囊对虾（Penaeus japonicus）是全球水产养殖中具有重要经济价值的物种。然而，其遗传改良一直因缺乏高效的分型工具而受到限制。研究人员基于394份样品的全基因组重测序（whole-genome resequencing, WGS）数据，利用靶向测序基因分型（genotyping by target sequencing, GBTS）技术，开发了首个针对日本囊对虾的高通量40K液相SNP芯片，命名为“Lujiangxin-I”。该芯片包含41,340个均匀分布的SNP位点，其中78.98%的位点具有大于0.1的次等位基因频率（minor allele frequency, MAF）。性能评估结果显示，该芯片具有较高的基因分型质量，平均检出率为98.24%，重复率为99.36%，与WGS数据的一致性达93.67%。对6个日本囊对虾群体的群体遗传学分析揭示，中国选育群体（DongShan）与日本养殖群体之间存在明显的遗传分化。东山群体表现出较低的遗传多样性和较慢的连锁不平衡（linkage disequilibrium, LD）衰减速率，而日本养殖群体（J1-J4）则维持了较高的遗传多样性。“Lujiangxin-I”芯片为日本囊对虾养殖业的遗传研究提供了一种可靠、经济高效且高通量的工具。
**日本囊对虾（Penaeus japonicus）40K液相SNP芯片“Lujiangxin-I”的研发、性能验证与群体遗传应用**
**一、研究背景与科学问题**
水产养殖是全球食品生产领域中增长最快的部门。据预测，到二十一世纪中叶，水产养殖将为超过九十亿人口提供必需的营养与食品。为满足日益增长的需求，通过遗传改良培育具有更高生长速率、更强抗病能力和更好环境适应性的优良品种，是推动水产养殖可持续发展的核心举措。随着高通量测序技术的普及和成本的降低，全基因组重测序（whole-genome resequencing, WGS）已在水产养殖研究中得到广泛应用。单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）因在基因组中丰度高、分布广、遗传稳定且具有特异性，成为种质资源鉴定、群体结构分析和标记辅助育种等研究的重要工具。
日本囊对虾（Penaeus japonicus）属对虾科（Penaeidae），分布范围涵盖东海、南海、澳大利亚海域及西印度洋。该物种是全球最重要的养殖虾类之一，以其风味鲜美、经济价值高和生长速度快而著称，并因耐长途运输而在活虾产业中占有独特市场地位。中国是日本囊对虾最大的生产国，2024年产量达44,499吨。然而，随着养殖规模扩大，种质退化、病害发生率上升和养殖产量下降等问题日益突出。目前中国仅培育出一个以生长性能为重点的新品种“闽海Ⅰ号”，针对抗病、抗逆等性状的育种研究明显不足，且国内外均无日本囊对虾育种芯片的相关报道。因此，开发经济高效的分型技术以推进日本囊对虾遗传学研究和加速基因组选择育种进程，成为亟待解决的科学问题。
**二、研究内容与结论**
针对上述问题，研究人员基于394份日本囊对虾样本的全基因组重测序数据，利用靶向测序基因分型（genotyping by target sequencing, GBTS）技术，成功开发了首个针对日本囊对虾的高通量40K液相SNP芯片“Lujiangxin-I”。该芯片包含41,340个均匀分布的SNP位点，平均物理间距38.5 kb，78.98%的位点次等位基因频率（minor allele frequency, MAF）大于0.1。性能评估显示，芯片平均检出率为98.24%，重复率为99.36%，与WGS数据的一致性为93.67%。群体遗传学分析表明，该芯片能够有效区分中国选育群体（DongShan）与日本养殖群体（J1-J4）之间的遗传分化，东山群体遗传多样性较低、连锁不平衡（linkage disequilibrium, LD）衰减较慢，而日本养殖群体维持了较高的遗传多样性。该研究为日本囊对虾遗传育种研究提供了可靠、经济高效且高通量的分型工具。
**三、关键技术与方法**
研究人员主要运用了以下关键技术方法：全基因组重测序（WGS）技术：对394份样本（包括来自福建东山养殖场的21个全同胞家系和厦门野生群体7个个体）进行二代测序（PE150），平均测序深度8.28×。测序原始数据经fastp质控后，利用BWA比对至日本囊对虾参考基因组（GCA_977035675），通过GATK v4.2进行变异检测，并采用PLINK v1.9进行严格质量过滤。GBTS液相芯片技术：基于13,382,991个高质量SNP，经分亚群筛选、均匀性选择和质量控制后确定41,340个目标SNP位点设计110 bp长度探针，构建“Lujiangxin-I”芯片。芯片基因分型采用GenoBaits DNA-seq Library Prep Kit建库、生物素标记探针杂交捕获、MGISEQ-2000平台测序，并通过内部脚本进行基因型判定。群体遗传学分析方法：对107份样本（东山养殖群体DS、日本养殖群体J1-J4、厦门野生群体XM）进行基因分型后，运用PLINK v1.9进行质量控制（包括深度≥5×、缺失率<10%、杂合度<60%、MAF≥0.05及哈迪-温伯格平衡检验），并采用主成分分析（principal component analysis, PCA）、邻接法（neighbor-joining, NJ）系统发育树构建、ADMIXTURE群体结构分析、PopLDdecay连锁不平衡衰减分析以及杂合度、多态信息含量（polymorphism information content, PIC）和近交系数（Fis）等遗传参数估计。
**四、主要研究结果**
**4.1 DNA测序与SNP检测**
通过对394份日本囊对虾样本进行全基因组重测序，共获得6.07 Tb原始数据，平均测序深度达8.28×。将高质量读段比对至参考基因组后，共鉴定出103.49百万个基因组范围内的多态性位点，包括SNP和插入缺失（Indel）。
**4.2 “Lujiangxin-I”芯片SNP位点的筛选**
从WGS数据获得的高质量SNP中，经过严格质量控制后保留13,382,991个SNP。依据群体分层分析（principal component analysis, PCA）将394份样本划分为6个亚群后，对每个亚群分别进行筛选并取交集，获得420,641个在所有亚群中均通过质控的SNP。基于缺失率、杂合度和MAF值，从中选取45,897个在基因组中均匀分布的多态性位点；去除位点均匀性低于0.2的4,557个位点后，最终确定41,340个SNP构成“Lujiangxin-I”芯片。该芯片覆盖日本囊对虾全部43条染色体，每条染色体平均包含961个SNP，平均物理间距38.5 kb。MAF分析显示，78.98%的SNP位点MAF>0.1。突变类型统计显示，转换型突变（A/G和C/T）占主导地位。功能注释表明，大部分SNP位于基因间区（33,620个），其次为内含子区（5,638个）和外显子区（645个），另有少量位于上游、下游及非翻译区（untranslated region, UTR）等功能区域。
**4.3 “Lujiangxin-I”芯片的基因分型性能**
利用2025年采集的286份独立样本（与SNP发现群体完全无关的5个额外全同胞家系）进行芯片性能评估。结果显示，所有样本的检出率介于94.99%至99.12%之间，平均检出率为98.24%；检测位点总体MAF为0.239。对10份样本进行两次独立重复基因分型实验，重复率达到99.36%。将11份样本同时进行WGS和芯片基因分型，两种方法获得的基因型一致性在92.90%至94.32%之间，平均为93.67%。上述结果表明，“Lujiangxin-I”芯片具有可靠的基因分型性能。
**4.4 群体遗传结构分析**
利用“Lujiangxin-I”芯片对6个日本囊对虾群体共107份样本进行基因分型，开展群体遗传结构分析。杂合度和多态信息含量（PIC）分析显示，J4群体杂合度（0.307）和PIC值（0.283）最高，而DS群体杂合度（0.280）和PIC值（0.218）最低。近交系数（Fis）分析显示，DS群体呈负值（-0.1966），J1和J4群体呈正值（0.0583和0.0268），J2、J3和野生XM群体接近零（-0.0022、-0.0038和0.0088）。邻接法（NJ）系统发育树显示，DS和XM群体与日本群体遗传距离较远；主成分分析（PCA）结果显示，DS群体形成独立聚类，与日本养殖群体（J1-J4）明显分离，野生XM群体则处于DS群体和日本群体之间的过渡位置。ADMIXTURE群体结构分析（最优K=4，交叉验证误差0.51）进一步支持上述遗传分化格局，DS群体在所有K值下均保持清晰的独立聚类。全基因组连锁不平衡（LD）衰减分析显示，DS群体LD衰减速率最慢，全基因组范围内维持较高的LD水平。
**五、讨论与结论**
本研究所开发的“Lujiangxin-I”芯片具有显著的成本优势，单样本基因分型成本约为100元人民币，较WGS的300元降低约三分之二。该芯片基于液相探针杂交技术，相较于传统固相芯片具有更高的灵活性和可扩展性，可便捷添加新SNP位点而无需重新设计。与已发表的其他水产SNP芯片相比，“Lujiangxin-I”芯片的MAF>0.1位点比例（78.98%）优于大黄鱼（68.40%）、团头鲂（56.10%）和太平洋鲍鱼（70.00%）；与WGS数据的一致性（93.67%）优于牙鲆50K芯片（>85%），与豹纹鳃棘鲈（97.4%）和斑鳢（96.0%）芯片处于同一水平。群体遗传分析揭示的DS群体与日本群体间的显著遗传分化，可能与DS群体独立选育历史和有限的基因交流有关；日本养殖群体（J1-J4）较高的遗传多样性使其可能成为拓宽DS育种核心群的潜在遗传资源。需要注意的是，芯片发现群体中未包含日本群体，且厦门野生群体仅7个个体，这可能在跨群体比较时引入一定程度的判选偏倚（ascertainment bias）。研究结论指出，“Lujiangxin-I”芯片为日本囊对虾的大规模基因分型、种质鉴定、全基因组关联分析（genome-wide association study, GWAS）和基因组选择（genomic selection, GS）提供了一种高效且经济可行的工具，将促进重要性状相关基因组区域和候选基因的鉴定，推动未来遗传研究和育种计划的发展。
