Joshi, R., Meuwissen, T.H.E., Woolliams, J.A., and Gjøen, H.M. 2020. Genomic dissection of maternal, additive and non-additive genetic effects for growth and carcass traits in Nile tilapia. Genet Sel Evol 52(1): 1. BioMed Central. doi:10.1186/s12711-019-0522-2.

尼罗罗非鱼生长和胴体性状的母体、加性和非加性遗传效应的基因组分析

摘要

背景：动物育种和遗传学的系谱和基因组信息来源的可用性给理解如何最好地使用和解释它们带来了新的挑战。本研究基于基因组信息估计遗传变异成分，并将其与仅从系谱估计的非加性遗传变异成分进行比较。此外，研究还检验了Hardy-weinberg均衡（HWE）假设对遗传方差分量估计的影响。利用基因组学数据首次估算了尼罗罗非鱼重要商业性状的近交抑制程度。
结果：本研究估计了尼罗罗非鱼全同胞家系群体的非加性遗传方差，当存在时，几乎完全由加性上位性方差来表示，尽管在系谱研究中，这种非加性方差通常被认为是由显性引起的。在体深（BD）和收获时体重（BWH）方面，用基因组数据估计加性上位性与表型变异的比例分别为0.15和0.17（P<0.05）。此外，根据基因组数据，BD、BWH、体长（BL）和鱼片重（FW）的母体方差（P<0.05）解释了大约10%的表型方差，这与基于系谱的估计是可比的。研究还显示了近交对罗非鱼商业性状的不利影响，据估计，FW、BWH、BD和BL的个体纯合度每增加1%，性状值分别降低1.1%、0.9%、0.4%和0.3%。存在近交抑制但缺乏显性方差与性状的无穷小显性模型一致。
结论：在罗非鱼育种方案中加入非加性遗传效应对遗传评价的益处并不明显，但观察到的近交抑制表明了交互轮回选择的作用。在商业上，这一结论将取决于该计划的运营成本和资源。如果与母体效应相关的变异是可遗传的，那么在罗非鱼育种计划中建立母体系是可能的。

背景

这项工作是对尼罗罗非鱼非加性遗传效应及其在罗非鱼育种中潜在应用的更广泛研究的一部分。先前的研究[1]使用经典方法，利用系谱信息将双列交配设计中观察到的表型变异划分为加性、非加性和母体遗传成分，以生成加性和显性关系矩阵。这些方差分量是根据全同胞家系内和全同胞家系间的方差推断出来的，全同胞家系间的方差进一步分解为父系间和母系间的方差。
以系谱为基础的选择方法已经逐渐补充了各种家畜物种的基因组信息[2]，以及一些商业水产养殖物种的基因组信息[3]。基于基因组学将提高育种值的准确性并提供更详细的信息的期望[4]，量化和使用表型变异的非加性遗传源以更有效地实现育种目标的兴趣越来越大。基因组技术的发展对完全理解基于基因组信息的分析解释以及它们在多大程度上等同于基于系谱的经典方差分解提出了新的挑战。尼罗罗非鱼基因组信息的可用性[5]为在重要的水产养殖物种中应对这些挑战提供了机会。因此，在一项旨在估计非加性方差的研究中，第一个目的是比较使用来自系谱或基因组信息的关系矩阵时获得的遗传方差分量的估计值。
一个性状的基因组最佳线性无偏预测（GBLUP）模型基于基因组数据建立了个体间的关系矩阵，并利用它将表型变异划分为若干组分，从而预测育种值。关系矩阵构造方法中的假设直接影响结果的准确性。使用基因组学构建关系矩阵的方法有很多种，这些方法在尺度参数上通常不同[6-8]使用，这使得很难比较从它们获得的方差分量和遗传率。Legarra[9]发表了一种比较方法，他表明有必要将关系矩阵重新缩放到相同的参考总体。关系矩阵的构造通常假定Hardy-weinberg平衡状态（HWE），例如在GCTA软件[10]使用的VanRaden矩阵[7]中，以及种群中的连锁不平衡状态（LD）。这些假设影响遗传方差分量（如加性、显性等）估计的正交性，因此，当模型中包含其他分量时，估计是否会改变。非正交性引起的估计值变化也损害了其生物学解释的有效性和普遍性[12，13]。因此，本研究的第二个目的是检验关于HWE的假设对关系矩阵的影响及其对方差分量估计的影响。
近亲衰退是一种自然现象，人们普遍认为它对具有商业价值的性状有害，因此可能具有重大的实际意义[14？7]。由于后者更有效地清除有害等位基因[18，19]，其在有效群体规模较小（Ne）的群体中的影响比在有效群体规模较大（Ne）的群体中的影响更大。因此，育种家担忧近交衰退，因为Ne往往是限制在育种群体。利用基因组数据可以直接评估纯合子在个体间变异的影响，而不是依赖于基于系谱的近交预测的纯合子变化。据我们所知，尼罗罗非鱼近交衰退的估计是不可用的，即使基于系谱数据。因此，本文的最终目的是利用基因组数据量化近交抑制对尼罗罗非鱼重要商业性状的影响。
在更广泛的范围内，我们的目的是评估基因组学方法对尼罗罗非鱼重要商业性状的母体、加性和非加性遗传变异的影响。对其遗传结构的深入了解将为一个重要商业物种的育种计划的未来设计和运作提供重要信息。