日本囊对虾的遗传育种研究进展

袁瑞鹏，郑静静，刘建勇，蒋　湘（.广东海洋大学水产学院,广东　湛江　5405；.湛江国联水产开发股份有限公司，广东　湛江　540）



日本囊对虾的遗传育种研究进展

袁瑞鹏1，郑静静1，刘建勇1，蒋湘2
（1.广东海洋大学水产学院,广东湛江524025；2.湛江国联水产开发股份有限公司，广东湛江524022）

摘要：日本囊对虾是我国优质对虾资源。综述日本囊对虾（Marsupenaeus japonicus）的种质资源、选择育种、多倍体诱导育种、分子标记辅助育种等方面的研究进展，总结虾类杂交育种、转基因育种研究现状，对日本囊对虾相关研究进行展望；针对当前日本囊对虾遗传育种研究落后、数量遗传学应用不够、育种工艺不足的现状，认为在日本囊对虾遗传改良时，应用高新分子标记辅助育种技术与传统选择育种相结合的综合育种技术是良种培育的有效途径。

关键词：日本囊对虾；遗传；育种；分子标记辅助育种

日本囊对虾（Marsupenaeus japonicus）隶属于甲壳纲（Crustacea）十足目（Decapoda）对虾科（Penaeidae）囊对虾属（Marsupenaeus），主要分布于印度西太平洋热带、红海、非洲的东部到朝鲜、日本及我国东南沿海[1]。我国台湾省1970 年开始日本囊对虾养殖试验，其他各地沿海1988年起陆续开始养殖[2]。日本囊对虾因其个体大、肉质细嫩鲜美、生长速度快、养殖周期短、易于鲜活销售等特点而备受虾农和广大消费者的青睐，有较高的经济价值，是一种优良的养殖种类[3-5]。目前，我国养殖对虾主要为凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei），2012年其产量占全国对虾总产量的84.97%[6]；但该虾原产地是南美洲，育种亲本依赖于美国进口，需花费大量外汇引进[7-8]。日本囊对虾是我国沿海自然分布的优良品种，选育具有自主知识产权的日本囊对虾新品系对开发该对虾种质资源，调整对虾养殖结构，增加经济效益，维持我国对虾养殖业健康可持续发展极为重要。目前，毛勇等[9]已通过多代家系选育出日本囊对虾新品种“闽海1号”，但相较于凡纳滨对虾、中国明对虾（Fenneropenaeus chinensis）、斑节对虾（Penaeus monodon）等良种培育工作还有一定差距。本文综述日本囊对虾遗传育种的研究进展，针对该领域的研究不足提出研究方向，为该对虾的遗传育种研究提供参考。

1　日本囊对虾种质资源研究

对物种种质资源的认识和利用程度决定了该物种的育种成就[10]。谢瑞玉等[11]报道了日本囊对虾种质资源分布广泛，澳大利亚、红海、非洲东海岸、印度、菲律宾、日本及我国东南沿海均有分布，说明日本囊对虾环境适应能力强，种质资源丰富，育种潜力大。Tsoi等[12-13]用线粒体DNA标记与微卫星（Simple Sequence Repeats，SSR）标记研究西太平洋10个日本囊对虾地方群体的分子遗传结构，发现10群体可分为2个变种：类型Ⅰ（Penaeus japonicus）头胸甲侧面斜纹延伸至头部腹面(variety I)，主要分布在纬度较高的东亚海域，包括日本海、中国东海和南海北部；类型Ⅱ（Penaeus pulchricaudatus）斜纹延伸至头胸甲面中部(variety II)，主要分布在南海海域，广泛分布于东南亚、地中海和澳大利亚，揭示了日本囊对虾的高度遗传多样性。郭慧等[14]用SSR技术对我国福建厦门、广东湛江、广西北海的野生日本囊对虾遗传多样性进行了研究，发现湛江群体与厦门群体为同一群体，广西北海群体为另一群体；我国南海区域日本囊对虾遗传变异丰富，不同地理群体间有一定程度的遗传分化。宋林生等[15]用RAPD标记技术研究日本囊对虾野生群体和养殖群体的遗传结构，发现野生群体的多态性比例和杂合度明显高于养殖群体。庄志猛等[16]利用同工酶和RAPD技术也得出相同结论。Luan等[17]利用SSR标记发现日本囊对虾养殖群体等位基因数目（2个）少于野生群体（16个），表明在人工选育过程中遗传多样性丢失明显，提示在选育过程中应注意遗传多态性保护。

2　日本对虾育种研究

2.1日本囊对虾的选择育种研究

选择育种可使被选个体或群体比原始群体更适于特定的生产目的。目前，虽未形成日本囊对虾的养殖品系，但其繁殖速度快、世代时间短、人工苗种培育成功等均有利于选择育种的开展。对日本囊对虾品种的驯化不仅可减少对野生亲本的依赖，还可提高仔虾供应的可靠性，使渔民能选择具有优良经济性状的品种进行养殖，提高养殖效应。目前，日本囊对虾主要以生长性状改良为选育目标。Hetzel等[18]以捕自澳大利亚东部沿海的日本囊对虾野生群体繁育子代为亲本，对日本囊对虾经过一代选育，发现生长性状的选择反应为10.7%，估算6个月体质量遗传力为16.5% ～31.5%，平均25.5%，为中等遗传力，表明所获群体有较大的选择育种潜力。Preston等[19]通过比较选育和非选育的生长状况，发现在选育组日本囊对虾平均体质量较非选育群体高14%，表明日本囊对虾选择育种是可行的。有关日本囊对虾家系选育方面，Coman等[20]设计了两个养殖密度，对6个日本囊对虾家系进行池塘养殖，结果显示，家系与养殖密度间的交互作用对对虾生长影响显著，表明在制定日本囊对虾选育方案时应考虑选育品系适宜的养殖密度。Coman等[21]还研究了温度对不同家系日本囊对虾幼虾生长、存活、生物量的影响，结果发现家系与温度的互作效应显著影响各对虾的生长、存活，即影响家系的选择效应。可见，在日本囊对虾的家系选择育种中需充分考虑基因与环境的相互作用。我国日本囊对虾育种工作开展较晚。2010- 2013年，胡龙洋等[2]利用微卫星分子标记技术将日本囊对虾两世代选育群体亲本划分为6个群体，子代划分为17个群体，并发现日本囊对虾生长性状与耐高温性状间的相关系数有统计学意义(P ＜ 0.05)[2]。董宏标等[22]对我国南海海域2种形态变异的日本囊对虾群体生长性状进行分析，发现日本囊对虾体质量性状具有较大的选择潜力。

2.2日本囊对虾多倍体育种研究

多倍体育种（Polyploid breeding）是指通过增加染色体组的方法来改造生物的遗传基础，从而培育出符合需求的优良品种，以达到人类利用的目的。在日本囊对虾多倍体育种中，Norris[23]等使用不同浓度的6-二甲基嘌呤（6-DMAP）以不同处理时间阻止第二极体产生，发现三倍体诱导率和孵化率差异较大，150 μmol·L-1的6-DMAP处理产卵后8 ～10 min的胚胎，三倍体诱导率和孵化率均高于70%。Sellars等[24]展开了6-DMAP抑制日本囊对虾卵细胞第一与第二极体的研究，发现产卵后1～3 min用6-DMAP处理受精卵4～5 min可抑制第一极体释放，处理16 min可抑制第一和第二极体释放，成功产生三倍体无节幼体。Coman等[25]比较日本囊对虾三倍体与二倍体在存活率、生长和性别间的差异，发现三倍体全部为雌性，部分家系三倍体生长速度显著大于二倍体，存活率三倍体与二倍体间差异不显著。

2.3日本囊对虾分子标记辅助育种

分子标记辅助育种（Molecular marker-assisted breeding）是指在DNA水平上，通过分析与目标基因紧密连锁的分子标记达到辅助选择、导入、导出、预测、近交避免、杂种优势优化、保种的目的。目前，国内外学者均展开了日本囊对虾分子标记研究。Moore等[26]用129个扩增片段长度多态性(AFLP)分子标记分析了日本囊对虾全同胞家系，构建有44个连锁群的日本囊对虾连锁图谱，大约覆盖其全基因组的57%，并开发了12个有效的SSR标记。这是水生无脊椎动物中首个的基因连锁图谱。Li等[27]用AFLP分子标记构建了日本囊对虾的遗传图谱，其中父系图谱包括43个连锁群共计217个标记（1 780 cm），母系图谱中包括31个连锁群共计125个标记（1 026 cm），标记间平均距离为10 cm。Jerry等[28]用6 个SSR标记对22个日本囊对虾家系进行亲子鉴定，最终仅47%子代找到正确的父母本，认为无效等位基因的存在和低质量的DNA是低鉴别准确率的诱因。Li等[29]用AFLP标记定位了日本囊对虾生长性状相关的数量形状基因位点（Quantitative trait locus，QTL），这也是甲壳动物中首次定位生长相关的QTLs研究。Lyons等[30]用AFLP标记发现了一个显著影响日本囊对虾生长、体质量和头胸甲的QTL，这些与QTL主校区关联的AFLP对表型变异的贡献率达16%。

3　日本囊对虾遗传育种研究存在的问题

目前，日本囊对虾遗传育种研究主要存在以下几个问题。

1）日本囊对虾人工授精技术研究缺乏。人工授精技术是构建半同胞家系，缩短家系构建时间，确保定向交配的重要技术手段。深入开展日本囊对虾人工授精研究是进行大规模家系选择育种和种间杂交育种研究的基础。

2）育种工艺不足。日本囊对虾亲虾养殖普通采用牡蛎、沙蚕、红虫和鱿鱼等活体生物饵料，存在严重的生物安全隐患，可能使亲虾及幼体感染病毒、细菌、寄生虫等，影响选育结果。

3）选育指标单一。已报道的日本囊对虾选育工作集中在生长与存活性状的遗传改良上，而一个优秀的对虾品种除具有生长快、存活高的特点外，还应具有抗病强、抗逆性好、肉质好、产卵量高等特点。

4）已开展的日本囊对虾育种研究普遍存在缺乏系统性及连续性、不够深入等问题。

5）传统育种落后，数量遗传学应用不够。

6）杂交育种、单倍体育种（雌核发育、雄核发育）、性别控制等研究缺乏。

7）转基因育种作为一种新兴育种方法，相比于传统的育种方法（选择育种、杂交育种、多倍体育种等）可定向的改变某一遗传性状。美国夏威夷大学利用编码TVS衣壳反义蛋白的基因与对虾β-action基因启动子构建的重组子转入凡纳滨对虾受精卵后，发现转基因对虾TSV感染成活率显著高于非转基因对虾[31-32]。Asulaiman等[33]探讨了基因注射技术在斑节对虾转基因研究中的可行性，发现在注射部位可检测到导入基因的表达。刘萍等[34,35]发现，采用显微注射方法将生长激素基因注射到中国明对虾体内，转基因化率超过3%，而精子作为载体，获得首例转基因中国明对虾，转基因比率为1%。目前，关于日本囊对虾转基因育种的研究未见报道，针对日本囊对虾养殖过程中养殖周期长，易暴发细菌性、病毒性疾病等问题，展开将生长激素基因、抗菌肽基因、溶解酶和体液凝集素等基因转入日本囊对虾受精卵中进行转基因育种研究将是解决问题的有效途径。

4　日本囊对虾遗传育种研究展望

针对日本囊对虾遗传育种研究不足和国内外研究现状。笔者认为，传统育种技术（选择育种和杂交育种）结合高新分子标记辅助技术的综合育种技术是日本囊对虾育种研究的重要方向。首先，要进行大规模选择育种或者杂交育种，有必要开展日本囊对虾人工授精定向交尾技术的研究。其次，虽然相关学者利用AFLP、SSR等分子标记技术构建了日本囊对虾遗传图谱，但标记位点少、全基因组覆盖率低、QTL位点与生产性状关联度低，难以应用于良种培育。基于最新分子标记技术研究成果，如何利用精简基因组和高通量测序的SNP筛检技术，有效进行分子遗传标记，筛选与重要经济性状连锁分子标记进行开发与应用，是日本囊对虾分子生物学研究者及育种工作者急需解决的问题。此外，基于个体动物模型，利用最佳线性无偏预测法估算遗传参数、预测育种值是水产动物选择育种常用方法，但利用该方法，育种核心群体多世代选择后近交水平上升，甚至产生近交衰退[36-37]；在畜牧和植物选择育种中，利用最佳遗传贡献理论可平衡育种核心群体长期遗传进展和近交水平，较最佳线性无偏预测法取得的遗传进展更大[38-41]；因此，在日本囊对虾的选择育种中，有必要开展利用最佳遗传贡献理论进行选择育种研究，以缩短遗传改良时间，避免近交衰退。最后，展开日本囊对虾多性状复合选育，培育出优质、高产、抗病、抗逆的日本囊对虾新品种，方为育种工作者选育的最终目标。

新兴育种技术不断发展，在水产动物中已有利用多倍体育种、转基因育种等新兴育种技术培育出优良品种的案例。但日本囊对虾作为重要的对虾养殖品种，仅有多倍体育种的研究报道，为此，展开日本囊对虾单倍体育种（雌核发育、雄核发育）和多倍体育种、性别控制、转基因等方面的研究，可能会有新的、甚至重大价值的发现，也是日本囊对虾育种研究的重要方向。

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（责任编辑：刘庆颖）

Reviews in Genetics and Breeding of Marsupenaeus japonicus

YUAN Rui-peng1,ZHENG Jing-jing1,LIU Jian-yong1,JIANG Xiang2
（1.Fisheries College,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524025,China; 2.Zhanjiang Guolian Aquatic Products Co.Ltd,Zhanjiang 524022,China）

Abstract:The kuruma prawn,Marsupenaeus japonicus,is an outstanding framed shrimp species with a high economic value.This paper reviews the researches carried out for breeding of M.japonicus,with variety resources,selection breeding,multi-chromosome breeding and molecular marker-assisted selection breeding.Through making a conclusion of researches on hybrid breeding and genetic engineering breeding of shrimp,breeding techniques in M.japonicus is predicted.At present,many problems have found in breeding improved of M.japonicus,such as the underdevelopment of genetic breeding researches,the lack of breeding technology,not enough application of quantitative genetics.Therefore,it has been suggested that the combination of both conventional breeding methods and advanced marker-assisted selection is an effective way of breeding M.japonicus.

Key words:Marsupenaeus japonicus; genetic; breeding; marker-assisted selection

通信作者：刘建勇，博士，教授。E-mail:liujy70@126.com

基金项目：广东省技术开发及产业化项目（日本囊对虾种质资源评价及群体选育技术研究,zj0004)

收稿日期：2015-06-27

doi:10.3969/j.issn.1673-9159.2016.01.017

中图分类号：S66.12+5.2

文献标志码：A

文章编号：1673-9159（2016）01-0098-05

第一作者：袁瑞鹏（1989－），男，硕士研究生，主要从事水产动物遗传育种研究。E-mail:1032605173@qq.com