克氏原螯虾生长性状相关候选基因的全基因组重测序鉴定

《International Journal of Molecular Sciences》：Identification of Candidate Genes Associated with Growth Traits in Procambarus clarkii Using Whole-Genome Resequencing

　　

生长是所有水产养殖产业中的关键经济性状。针对种质退化等问题，亟需全面理解克氏原螯虾（Procambarus clarkii）的生长发育机制及遗传改良策略。研究人员对来自5个养殖群体的89个个体进行全基因组重测序以探究生长性状（体长），共鉴定出46,919,297个高质量单核苷酸多态性（SNP）。基于上述SNP，研究人员开展了主成分分析（PCA）、系统发育分析及群体遗传结构分析。此外，研究人员通过选择性清除分析（采用FST、Pi与XP-CLR）及全基因组关联研究（GWAS）鉴定与生长性状相关的遗传变异。结果显示5个养殖群体间存在显著遗传分化，其中马鞍山养殖群体连锁不平衡（LD）衰减最快；长期异地养殖导致群体间遗传差异明显。选择性清除分析在5个群体中取FST、Pi与XP-CLR交集，获得若干生长相关候选基因：Nephrin、Somatostatin、锌指蛋白154（zinc finger protein 154）及yeti。后续GWAS鉴定出2个与生长性状相关的候选基因：Cullin关联去neddylation蛋白1（CAND1）与杆状病毒IAP重复含蛋白8（BIRC8）。这些基因被认为在克氏原螯虾生长发育中起关键作用。综上，研究结果为阐明克氏原螯虾生长发育遗传机制提供新见解，所鉴基因可作为进一步功能研究与遗传改良的候选靶点。

研究背景方面，克氏原螯虾原产墨西哥东北部与美国中南部，自20世纪30年代引入中国后迅速成为重要经济淡水螯虾，据《中国小龙虾产业发展报告（2025）》全国养殖面积达20333平方千米、年产量344.76万吨。随着养殖规模扩大，种质退化问题凸显，而生长与体长性状直接影响产量与经济效益，其受生长激素（GH）、生长激素释放激素（GHRH）、胰岛素样生长因子（IGF）及myostatin（MSTN）、骨形态发生蛋白（BMP）等多基因调控。二代测序推动全基因组重测序在群体结构与遗传变异研究中广泛应用，选择性清除分析与GWAS已成功用于多种水生生物抗病、适应及生长位点挖掘，但克氏原螯虾生长性状的候选基因体系尚不完善，因此研究人员依托湖南师范大学合作育种场采集5地养殖群体共89尾同龄成熟个体（大个体体长95.0–110.0 mm、小个体45.0–55.0 mm，t检验p<0.001），开展全基因组重测序以定位生长相关变异。该文发表于《International Journal of Molecular Sciences》。

主要关键技术方法上，研究人员构建89尾克氏原螯虾肌肉组织DNA队列（马鞍山、淮安各20尾，武汉17尾，浏阳12尾，益阳20尾，大/小体型分组均衡），经Illumina NovaSeq 6000测序、fastp质控、BWA-MEM比对至参考基因组GCF_020424385.1、GATK联合分型与硬过滤及VCFtools质量控制（MAF≥0.05、缺失率≤0.1、LD修剪-indep-pairwise 100 50 0.2、HWE 0.001）获14,046,984个高质量SNP；依次用Plink与Admixture做PCA、邻接树（NJ）与群体结构（K=1–9交叉验证），PopLDdecay算LD衰减，SMC++推历史有效群体量，F_ST/Pi/XP-CLR三法交并做选择性清除，GEMMA混合线性模型（MLM）做GWAS（阈值0.01/N与0.05/N），Diamond+eggNOG-mapper+gProfiler+KOBAS 3.0做候选基因功能注释与GO富集。

研究结果部分，2.1重测序数据与SNP检出显示质控后干净数据2644.85 Gb、均深10.86×、Q30 96.08%，最终保留14,046,984 SNP与2,160,652 indel。2.2群体系统发育与遗传结构表明PCA、NJ树与Admixture（最优K=2）一致显示5群体地理分化，马鞍山与淮安亲缘最近，LD衰减速度排序为浏阳最慢、益阳次之、武汉再次、淮安较快、马鞍山最快。2.3历史群体动态经SMC++推断祖先在约50万、10万、4万年前经历三次瓶颈，与北美冰期及4.2万年前干旱事件吻合，5群体历史轨迹相似暗示共祖。2.4选择性清除分析比较大/小体型组，F_ST、Pi、XP-CLR分别获492、622、2469个基因，三者交集候选基因为Nephrin、Somatostatin、锌指蛋白154、yeti；GO富集显著于细胞增殖调控（GO:0042127）、前脑发育（GO:0030900）、小脑发育（GO:0021549）、细胞黏附（GO:0007155）、染色质重塑（GO:0006338）等项。2.5 GWAS经GEMMA以亲缘矩阵为协变量，曼哈顿与Q-Q图显示基因组膨胀因子近1，显著峰重叠基因共3个：nephrin（与选择性清除重合）、CAND1、BIRC8。

讨论部分总结，研究人员指出5群体遗传分化源于长期人工选择与地方流，马鞍山—淮安因地理邻近与背景相似致混合；三法交集降低单法假阳性但残存群体结构仍可能影响极值。Nephrin在中华绒螯蟹生长中有报道，Somatostatin（SST）作为GH分泌抑制肽可下调IGF-1/2表达、斑马鱼sst4缺失突变体生长加速，锌指蛋白154借NLK抑Wnt/β-catenin通路，yeti（BCNT家族）为发育存活必需；CAND1促心肌细胞增殖并调控脂肪生成，BIRC8（ILP-2）属凋亡抑制蛋白（IAP）家族抗凋亡。全文经重测序联合选择性清除与GWAS共获7个候选基因（Nephrin、Somatostatin、锌指蛋白154、yeti、CAND1、BIRC8，其中nephrin跨两法验证），阐明克氏原螯虾生长遗传基础，为功能验证与速生品系选育提供靶点，亦可为入侵路径与适应性评估提供基因组资源。结论译文：本研究对中国5个克氏原螯虾养殖群体进行全基因组重测序，联合三种选择性清除方法与GWAS筛选生长候选基因，进一步阐明其生长遗传基础；上述发现不仅具基础生物学意义，亦对克氏原螯虾生长机制研究与选种遗传改良具实用价值，全基因组重测序还可拓展至入侵路线、扩张范围及适应潜力评估，为生态管控提供信息。