对虾群体内的竞争性遗传效应及其分子机理

The price of the prawn is high when the variability of trait values among individuals is small. Uniformity among individuals will be increased by reducing competition among individuals. It is difficult to directly observe individual competitive behavior and reduce it’s competition by selective breeding because of small size, high stocking density and complex water environment. Therefore,competitive interaciton among individuals is ignored and as a black box in this project. Indirect genetic effect (IGE) which is a heritable effect of one individual on the trait value of another individual,is used to evaluate the individual competition. Using the pedigree and data from ten generations, optimum experimental design for investigating competitive interaction will be established based on multiple groups in Fenneropenaeus chinensis. To evaluate the magnitude of competitive effect and its consequences on phenotypic traits from different stocking density and different feeding model, genetic parameters, such as variance component, heritability, genetic correlation and genotype by environment effect for IGE will be estimated using the pedigree and highgout SNP makers information from the parents of families.Two populations (high and low competitions) will be constructed by multilevel selection (individual and group levels), in which animal will be selected and mated based on the sum of DGE and IGE breeding value. The important genes related to competition will be screened and identified using transcriptome sequencing and real time PCR. Genetic paramteter for gene expression on families will be estimated using statistical methods from quantitative genetics. The research results will lay the theoretical and technical foundation for improving the uniformity among individuals in the shrimp selective breeding program.

对虾养殖个体规格越整齐，经济效益越高。消减个体间竞争可以提高对虾种苗规格整齐度。对虾个体小、养殖密度高、养殖水环境复杂，难以直接监控个体的竞争行为，无法直接进行评估和选育。本项目以中国对虾多世代选育群体为研究对象，把个体间的竞争过程作为黑箱处理，以间接遗传效应（当前个体基因的表达对同一组内其他个体表型性状的效应，IGE）作为评价个体竞争性强弱的指标，设置不同的养殖密度和饲料投喂模式，建立多家系多组优化测试方法，复合多代系谱和家系亲本高通量SNP信息，准确估计表型性状IGE效应的遗传参数（遗传力、遗传相关和G×E效应），明确育种群体家系和个体竞争性差异及遗传变异的丰富度；依据IGE建立竞争性强、弱群体，通过转录组分析和实时定量PCR等方法，筛选鉴定与竞争性强弱相关的关键基因，结合数量遗传学分析，在家系水平上解析基因表达量的遗传变异规律。研究结果为改良对虾个体规格整齐度奠定了理论和技术基础。

对虾养殖个体规格越整齐，经济效益越高。消减个体间竞争可以提高对虾种苗规格整齐度。对虾个体小、养殖密度高、养殖水环境复杂，难以直接监控个体的竞争行为，无法直接进行评估和选育。本项目以中国对虾多世代选育群体为研究对象，把个体间的竞争过程作为黑箱处理，以间接遗传效应（当前个体基因的表达对同一组内其他个体表型性状的效应，IGE）作为评价个体竞争性强弱的指标，设置高密度和限制投喂模式，建立多家系多组优化测试方法，复合多代系谱和家系亲本高通量SNP信息，估计收获体重等性状DGE和IGE效应的遗传参数，明确育种群体家系和个体竞争性差异及遗传变异的丰富度；通过转录组分析和实时定量PCR等方法，筛选鉴定与竞争性强弱相关的关键基因，在家系水平上解析基因表达量的分布特征。. 本项目建立了中国对虾竞争性环境下社会交互行为的遗传评估技术。发明了基于多家系多分组的IGE测试方法，构建了复合高通量SNP和系谱信息的DGE和IGE效应精确估计模型，利用pBLUP和ssGBLUP模型在限制性投喂水平（配合饲料、鲜活饵料）和高密度养殖模式下，首次获得了中国对虾收获体重性状DGE和IGE效应的遗传参数；且基于ssGBLUP模型预测DGE的准确性更高，偏差更小。遗传参数表明，在竞争性环境下群体内个体间存在较强的社会交互行为；竞争性强的个体，具有更好的存活性能；个体间较强的竞争交互行为会降低可利用的总遗传变异。初步解析了中国对虾竞争行为的分子机制。对中国对虾进行了全长转录组测序，通过比较转录组分析共检测到4397个候选基因可能参与对虾的竞争行为，包括4087个上调基因和312个下调基因。进一步通过GO富集分析和KEGG分析，发现差异表达基因多富集在信号传导、内分泌系统和免疫系统中，其中在信号传导（Signal transduction）中富集最多，且参与的大多数信号通路与神经信号传导有关。在参与神经信号传导的信号通路中发现了calcineurin和caskin基因，进行了基因克隆，获得了与中国对虾竞争性相关的关键基因calcineurin A、calcineurin B和Caskin 1，并在竞争性强弱个体中进行了分析。进一步分析了calcineurin B基因在家系水平上的分布情况，发现其表达量在不同家系间存在显著差异。研究结果为改良对虾福利性状奠定了理论和技术基础。