染色体水平参考基因组揭示 HSD17B1 为长鳍金枪鱼性别决定的主要调控因子

《Aquaculture》：A chromosome-level reference genome reveals HSD17B1 as the primary regulator of sex determination in Seriola lalandi

　　

摘要 黄鳍鲹（*Seriola lalandi*）是南半球特有物种，是一种具有巨大商业潜力的新兴养殖候选物种。然而，缺乏可靠的早期性别鉴定分子标记限制了单性养殖和高效育种计划的开发。在本研究中，我们利用染色体级别参考基因组和定制的 90 K 单核苷酸多态性（SNP）芯片，对 *S. lalandi* 进行了性别决定的全基因组关联分析（GWAS）。GWAS 通过靶向测序和全基因组测序在独立数据集上对性别区域进行精细映射，进一步验证了其准确性。我们鉴定出 17β-羟类固醇脱氢酶 1 型（HSD17B1）为与性别决定相关的单个候选基因，该基因第 3 外显子中有两个紧密连锁的 SNPs 位于连锁群 14 的 18.6 Mb 处，定义了两种主要单倍型，其中一种通过母亲遗传给女儿。这些结果表明 HSD17B1 可能是 *S. lalandi* 的单基因性别决定系统，符合 ZZ/ZW（雌性异配）系统，同时突显了鲹属（*Seriola*）内的物种特异性差异。这些单倍型在预测性别时显示出 100% 的预测准确性。核苷酸替换导致氨基酸变化（T105S 和 E143G），位于活性位点类固醇结合区域附近。利用基于卷积神经网络（CNN）的类固醇前体对接，我们发现异构体具有显著的底物偏好性证据：雄性 HSD17B1 异构体对雄烯二酮表现出显著更高的预测亲和力，而雌性异构体对雌酮显示出相对更强的预测亲和力。这些发现指向这样一个假设：雄性和雌性 HSD17B1 异构体分别优先驱动雄激素和雌激素途径，从而促进性腺分化。然而，这些发现应通过生化和酶学表征以及敲除功能分析，以及等位基因特异性表达偏差和芳香化酶基因的作用进行进一步验证。鉴定出的单倍型为早期性别鉴定和标记辅助选择提供了强大的诊断标记。这使得能够开发单性生产策略，以提高 *S. lalandi* 养殖的生长表现和经济效率，特别是在循环水养殖系统（RAS）中，其中雌鱼生长速度快于雄鱼。

引言 将新的海洋物种引入水产养殖是行业可持续多样化的基石。这在智利尤为相关，在那里，超越传统的鲑科鱼类养殖对于生态和经济韧性至关重要。在智利北部水域最有希望的养殖候选者之一是 *Seriola lalandi*，俗称黄鳍鲹、多拉达或帕洛梅塔。这种中上层、亚热带至暖温带物种（适宜范围：18–24 °C）属于鲹科，是东南太平洋的特有物种。其种群在南部夏季月份沿智利北部海岸进行季节性迁徙。目前，*S. lalandi* 在多个地区被密集养殖，包括澳大利亚、新西兰、德国、美国、秘鲁、阿根廷和智利，反映了其高市场价值和在循环水养殖系统（RAS）中的适应性 (Martinez et al., 2025; Martinez-Takeshita et al., 2015; Palomino et al., 2021)。

2009 年，智利启动了国家鲹鱼计划，这是一个公私合作伙伴关系，旨在促进创新，开发支持性技术，并确保 *S. lalandi* 养殖的长期可持续性。该计划成功的关键要求是建立可靠的闭锁式育种系统，这取决于对该物种生殖生理和性别决定机制的全面理解 (Ventura, 2018)。准确、早期的性别鉴定对于优化育种方案、同步产卵周期和亲本分配日益重要，从而最大限度地降低运营成本，并最大化整体经济回报。传统的性别鉴定方法，如生殖器插管法，受到严重阻碍，包括损害动物福利、程序劳动密集、假阳性以及在性腺在形态上未分化的早期生活阶段无法适用 (Sarih et al., 2018)。这些限制对于 *S. lalandi* 尤为 problematic，该物种仅在生长约五年后才达到性成熟。这种延迟成熟显著限制了早期生活阶段对具有经济和行为相关生产性状的筛选 (Fuji et al., 2010)。

鱼类的性别决定是在分类群中表现出显著多样性的性状。它被广泛认为是一个复杂的、多基因性状，受主要性别决定基因座、修饰基因、表观遗传调节因子和环境线索（如温度）之间相互作用的影响 (Bachtrog et al., 2014; Guiguen et al., 2010)。在水产养殖中，阐明这些机制对于开发靶向性别操作策略至关重要。此类策略直接影响关键生产性状，包括生长速度、性成熟时的体型和年龄、颜色、鱼片产量和肉质 (Ayala et al., 2020)。对于缺乏外部性二型的 *S. lalandi*，依赖侵入性或观察性的性别鉴定方法从根本上阻碍了高效育种计划的设计。达到成熟所需时间的延长进一步加剧了这一挑战，因为重要的生产性状直到养殖周期后期才能进行评估或筛选。

虽然其他鲹鱼物种的性别决定机制已被阐明，例如 *S. quinqueradiata* 中提出的具有潜在性别连锁标记的 ZZ/ZW 系统，但这些发现转化为 *S. lalandi* 的程度仍不确定。*Seriola lalandi* 主要局限于南半球，正如种群基因组分析所示 (Martinez-Takeshita et al., 2015)。这一分析挑战了 *S. aureovittata*、*S. dorsalis* 和 *S. lalandi* 作为单一广布物种的先前观点。

此外，先前对鲹鱼性别决定的调查很大程度上依赖于候选基因方法，由于缺乏高质量参考基因组，在 *S. lalandi* 和其他鲹鱼物种中留下了未检测到的全基因组关联模式 (Fuji et al., 2010; Koyama et al., 2019)。例如，*S. quinqueradiata* 的研究表明类固醇生成途径中的基因，包括 HSD17B1（雌二醇 17β-脱氢酶），揭示了一个复杂的系统，至少有三个与雌性等位基因相关的 SNPs (Koyama et al., 2019)。相反，*S. dorsalis* 的性别决定似乎与相同区域附近的基因组缺失有关 (Purcell et al., 2018)。因此，确定驱动 *S. quinqueradiata* 性别决定的基因组变异是否适用于 *S. lalandi*，或者是否涉及新的因果变异，至关重要。这一知识空白阻碍了非侵入性早期性别鉴定工具的开发以及标记辅助选择的实施，以实现单性种群生产策略，这对于提高饲料效率、减少攻击性和提高农场生产力至关重要。

为了进一步了解 *Seriola lalandi* 的性别决定，本研究采用 GWAS 框架来绘制该性状的遗传结构。我们使用了该物种新生成的染色体级别参考基因组，这是利用重组数据将支架锚定到染色体获得的。整合高密度基因分型芯片数据、全基因组测序 (WGS)、靶向重测序，我们检测并精细映射了与表型性别显著相关的基因组区域。我们进一步确定在使用全长 Iso-seq 转录组数据时，相同的变异模式保留的程度。我们表征分子结构以及两性之间的变化如何与潜在的调控机制相关联，这些机制涉及前体转化为性激素期间的性别相关异构体功能。这是 *S. lalandi* 性别决定的第一个全面的、基因组锚定的研究，提供了一个基础资源，以推进对硬骨鱼性别进化的基本理解，并能够实现可持续水产养殖管理中的实际应用。

部分片段
鱼类饲养
*S. lalandi* 亲鱼来自智利阿塔卡马大区卡尔德拉 (27.0° S, 70.8° W) Acuinor S.A. 设施的圈养育种计划。育种核心由 150 个个体组成，源自在 Punta Frodden 附近收集的约 160 条野生奠基种群，并有 56 条母鱼和 51 条父鱼持续参与繁殖 (Martinez et al., 2023; Martinez et al., 2025)。鱼类被饲养在四个隔离的

全基因组关联分析 (GWAS)
进行了一项 GWAS，以鉴定 *S. lalandi* 表型性别背后的遗传变异，利用定制的包含约 87,000 个均匀分布在全基因组上的多态性标记的高密度 SNP 芯片 (Martinez et al., 2025)。使用 GCTA 进行混合线性模型 (MLM) 进行关联测试，以考虑大规模产卵闭锁式育种计划中固有的隐性亲缘关系和种群结构。该模型纳入了一个基因组

讨论
在硬骨鱼中，胚胎和幼虫在两性之间没有形态差异。鱼类的性别决定高度可变；与使用性染色体进行单基因性别决定的哺乳动物不同，硬骨鱼通常利用从多基因控制到环境调节的各种机制 (Guiguen et al., 2010; Piferrer, 2001)。最近的基因组研究已将 HSD17B1 鉴定为几种鲹鱼物种性别决定的一个高度可能的候选基因。该

结论
本研究鉴定 HSD17B1 为 *Seriola lalandi* 性别决定的主要主调控基因。利用染色体级别基因组组装和高密度 GWAS，我们将性别决定基因定位在 HSD17B1 基因第 3 外显子中的两个紧密连锁 SNPs。这些 SNPs 定义了两种主要通过母系 (W) 谱系遗传的主要诊断单倍型。这些发现验证并扩展了先前在相关鲹鱼物种中的候选基因报告，同时

稿件准备过程中生成式 AI 和 AI 辅助技术声明
在准备本工作期间，作者使用 Gemma 修订语法以及 grammarly。使用这些工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容承担全部责任。

CRediT 作者贡献声明
V. Martinez: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据管理，概念化。

伦理声明
本研究根据以下动物福利和/或报告指南进行：CICUA chile。
本研究经 cicua FAVET UN de chile 批准。

竞争利益声明
Victor Martinez 和 Nicolas Galarce 报告获得了 FONDECYT 1241720 的财政支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的竞争财务利益或个人关系可能被认为影响了本论文报告的工作。

致谢
我们感谢 PDACH-CORFO 09PDAC-7020、PTEC-CORFO 15PTEC-45861，这两项来自 CORFO 的拨款，在经济、发展和旅游局用于开发本研究中使用的基因组工具。本论文由 FONDECYT 1241720 拨款完全资助。

V. Martinez|D. Mendez|P. Zamorano|J. D?rner|N. Galarce
FAVET-INBIOGEN, Department of Animal Science, Faculty of Veterinary Sciences, University of Chile, Chile
智利大学兽医科学与生物技术学院动物科学系 FAVET-INBIOGEN，智利