CN113373245A - 基于全基因组选择的马氏珠母贝金黄壳色性状良种培育方法 - Google Patents

基于全基因组选择的马氏珠母贝金黄壳色性状良种培育方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于全基因组选择的马氏珠母贝金黄壳色性状良种培育方法。首先构建参考群体，并对参考群体进行金黄壳色性状测定；对金黄壳色性状参考群体和验证群体进行基因组重测序和全基因组SNP标记鉴定；利用参考群体的表型值和基因型信息，计算SNP标记的育种效应值，对验证群体个体的育种值进行估计，结合验证群的表型值，计算其相关性及回归系数，选出最佳的预测计算模型，用于最终的选种。本发明提供了一种快速、准确估算马氏珠母贝金黄壳色性状基因组估计育种值的方法。通过该方法可加速培育金黄壳色性状优良的马氏珠母贝品种、提高马氏珠母贝珍珠养殖质量和产量、推动珍珠养殖业的健康快速发展。

Description

基于全基因组选择的马氏珠母贝金黄壳色性状良种培育方法
技术领域
本发明公开了一种马氏珠母贝金黄壳色性状基因组选择育种方法，属于分子标记辅助育种技术领域。
背景技术
马氏珠母贝Pinctada fucata martensii是我国培育海水有核珍珠的主要贝类。在我国海水珍珠产量持续下行的阶段，优良品种培育是应对产业难题的有效途径之一。传统育种方法与基因分型技术相结合能提高性状选择的准确性与精确性，更重要的是大大缩短了育种时间，已成为当前育种的主流方向。培育适合当地海区养殖新品种，改良养殖群体的生长与育珠性状，这是解决产业困境的首要任务。
海洋双壳类普遍具有金黄壳色多态性现象，其不同金黄壳色个体的生长和存活存在显著差异。利用金黄壳色与表型性状存在明显的相关性可对金黄壳色和生长性状进行协同选择，培育同时具有特征金黄壳色和生长等性状的新品种。对马氏珠母贝黑、红、黄和白金黄壳色选系的生长和耗氧率等生理指标进行研究，发现黄金黄壳色选系的壳重系数显著大于养殖群体。马氏珠母贝作为海水有核珍珠的主要贝类，其珍珠培育及养殖过程主要包括：将供体贝的外套膜小片及珠核，移植到另一个受体贝的体内，被移植的外套膜小片形成珍珠囊，分泌珍珠质沉积在珠核上，最终形成有核珍珠。对马氏珠母贝金黄壳色群体植核后免疫酶活进行分析发现，金黄壳色群体在植核后免疫酶活佳，育珠性状优于对照养殖群体，转录组测序分析发现，胞质DNA感应途径等参与植核育珠免疫调控过程。利用金黄壳色群体作为供体贝进行植核育珠，对于培育金色珍珠具有重要意义。
尽管马氏珠母贝传统育种取得了较大进展，但大都基于对表型性状的选择。表型性状由基因与环境共同决定，环境干扰常常影响选择效果，降低选择的准确性。目前关于贝类壳色选育方面，研究者多通过传统选育的方法如家系或群体选择进行，选择周期长，成本高。随着分子标记辅助育种技术的发展，目前也获得了少量可用于壳色选择的标记位点，但相对较少。基因组选择则是利用全基因组范围的SNP位点对性状的育种值进行估计，大大提高了选择的准确性。因此本发明利用基因组重测序的方法(测序深度＞10×)，获得马氏珠母贝基因组范围的高密度SNP位点，进行基因组选择育种。马氏珠母贝金黄壳色性状属于质量性状，利用基因组范围内的标记进行表型选择可加大对性状选择的准确性，缩短选择时间，是进行良种培育的一种新的育种技术。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种基于全基因组选择的马氏珠母贝金黄壳色性状良种培育方法，以改善传统选育手段中存在的准确性低、进展缓慢的问题，为培育珍珠珍珠层性状优异的马氏珠母贝提供分子育种方法，推动马氏珠母贝珍珠性状选育的快速发展，保障马氏珠母贝海水珍珠养殖产业平稳、健康发展。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于全基因组选择的马氏珠母贝金黄壳色性状良种培育方法，所述培育方法包括以下步骤：
步骤一，马氏珠母贝金黄壳色性状测定及参考群体构建；
步骤二，对马氏珠母贝金黄壳色性状参考群体进行基因组重测序和全基因组SNP标记鉴定；
步骤三，计算每个SNP标记的效应值，对验证群进行育种值估计；结合验证群的表型值，计算其相关性及回归系数，选出最佳的预测计算模型；对参考群体金黄壳色性状进行检测，经验证，马氏珠母贝金黄壳色性状与其基因组估计育种值呈线性相关，斜率近似为1，说明样品预测的表型值与真实值之间相差不大，见附图2。
步骤四，利用步骤三选择的最佳预测模型用于育种群育种值估计，并用于最终的选种。
进一步地，所述步骤一中，对马氏珠母贝进行金黄壳色性状测定，依据马氏珠母贝的金黄壳色性状构建参考群体，用于后续的分析、估算。
进一步地，所述步骤二中，利用基因组重测序方法，测序深度大于10×，进行SNP位点标记鉴定，获得全基因组范围内超高密度SNP位点。首先对参考群体的基因组DNA并建库、测序，对下机的原始数据进行过滤，再将过滤后的reads比对至马氏珠母贝参考基因组上，之后利用GATK的unified Genotyper检测SNP信息，并进行过滤获得高可信度的SNP数据集用于基因组选择的计算。
进一步地，所述步骤三中，利用参考群的表型值和基因型信息，加入到基于rrBLUP、BayesA和BayesB分析方法的基因组预测模型，计算每个SNP标记的育种效应值，将rrBLUP、BayesA和BayesB作为基因组选择方法的代表，对三种基因组选择方法的预测准确性进行评估，利用验证群全基因组SNP分型结果和SNP的效应值，计算验证群每个个体的育种值；根据验证群的育种值及表型值，计算两者的相关性及回归系数，筛选其中最佳的基因组预测模型。
进一步地，所述步骤四具体为选用步骤三中确定的预测准确性最高的基因组选择方法，预测育种群体中每个个体的育种值，并根据基因组育种值从高到低进行个体选择。
本发明的有益效果是：本发明的方法预测准确率高，可在个体幼年时期完成选择过程，降低生产成本，缩短选育进程。本发明改善了传统选育手段中存在的准确性低、进展缓慢的问题，为培育珍珠珍珠层性状优异的马氏珠母贝提供分子育种方法，推动马氏珠母贝珍珠性状选育的快速发展，保障马氏珠母贝珍珠养殖业平稳、健康发展。
附图说明
图1：rrBLUB、BayesA和BayesB预测准确性表；
注：r_TBV_GEBV：GEBV与真实育种值(TBV)间的相关系数，代表其准确性，其平方称为可靠性；b_TBV_GEBV：TBV对GEBV的回归系数，代表其无偏性，若b_TBV_GEBV＝1表明无偏，否则有偏。
图2：验证群真实表型值和预测表型值的线形图；
注：横坐标为样品真实表型值；纵坐标为样品预测表型值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，一种基于全基因组选择的马氏珠母贝金黄壳色性状良种培育方法，该方法包括以下步骤。
一、马氏珠母贝金黄壳色性状测定及参考群体构建。
选取马氏珠母贝作为研究材料，进行金黄壳色性状鉴定。其中，使用二分类性状(0和1)作为金黄壳色表型，即：0表示金黄壳色为非金黄壳色个体，1表示金黄壳色为金黄壳色个体。
二、参考群体全基因组重测序、基因型采集及分析处理。对马氏珠母贝金黄壳色性状参考群体进行基因组重测序和全基因组SNP标记鉴定。对参考群体进行基因组DNA提取并建库测序。包括以下具体操作方法：
1)基因组DNA提取
使用TIANGEN的海洋动物组织基因组DNA提取试剂盒提取基因组DNA，具体步骤包括：
(1)取0.05g闭壳肌，放入装有200μL GA缓冲液的高压灭菌过的1.5mL离心管；
(2)剪碎肌肉组织，加入4μL核糖核酸酶A(100mg/mL)溶液，振荡15sec，室温放置5min；
(3)加入20μL蛋白酶K(20mg/mL)溶液，涡旋混匀，简短离心，56℃放置3h，每小时振荡混合样品2-3次，每次振荡混匀15sec；
(4)加入200μL缓冲液，充分颠倒混匀，70℃放置10min，简短离心；
(5)加人200μL无水乙醇，充分颠倒混匀，简短离心；
(6)将上一步所得溶液和絮状沉淀都加入一个吸附柱中(吸附柱放入收集管中)，12,000rpm/min离心30sec，倒掉废液，将吸附柱放回收集管中；
(7)向吸附柱中加入500μL缓冲液，12,000rpm/min离心30sec，倒掉废液，将吸附柱放入收集管中；
(8)向吸附柱中加入600μL漂洗液，12,000rpm/min离心30sec，倒掉废液，将吸附柱放入收集管中；
(9)重复操作步骤7；
(10)将吸附柱放回收集管中，12,000rpm/min离心2min，倒掉废液。将吸附柱置于室温放置10分钟；
(11)将吸附柱转入一个干净的离心管中，向吸附膜的中间部位悬空滴加100μL洗脱缓冲液，室温放置5min，12,000rpm/min离心2min，将溶液收集到离心管中。
2)SNP分子标记的检测
利用超声波高性能样品处理系统Covaris对检测合格的DNA样品进行随机打断，纯化后连接测序接头，桥式PCR制备cluster，利用Illumina HiSeqTM 2000平台进行测序，获得测序原始数据。为保证测序数据质量，在信息分析前通过分析碱基组成和质量分布对原始数据进行质控，之后对利用SOAPnukel软件对下机原始数据(raw data)进行过滤，获得有效数据(clean data)。测序原始数据经过质控和数据过滤后，应用BWA比对将clean data比对到参考基因组上。统计分析参考基因组碱基的测序深度分布和各染色体区域的覆盖度。应用Samtools，Reseqtools和Picard-tools对比对结果进行统计，预处理(排序，去重复、加ID等)。之后应用GATK的unified Genotyper检测SNP信息。之后基于比对后获得的样本的所有SNP信息，将所测基因型与参考序列之间有多态性的位点进行过滤，得到高可信度的SNP数据集。
三、计算每个SNP标记的效应值，对验证群进行育种值估计；结合验证群的表型值，计算其相关性及回归系数，选出最佳的预测计算模型。
根据参考群SNP数据集及表型值，利用rrBLUP、BayesA和BayesB三种方法估算SNP的效应值。利用步骤二中方法获得验证群的SNP数据集，并利用SNP效应值及三种计算模型计算验证群的育种值，并根据育种值与表型值的相关性及回归系数分析三种方法的准确性。经比较，经比较，rrBLUB、BayesA和BayesB获得的育种值与表型值之间的相关性分别为0.99，0.99及0.98，如图1所示，说明三种方法均可以较准确的计算基因组育种值GEBV。
四、利用步骤三选择的最佳预测模型用于育种群育种值估计，并用于最终的选种。
选用步骤三中确定的预测准确性最高的方法，估算育种群体中每个个体的育种值，并根据基因组育种值从高到低进行个体选择，可根据个体育种值的高低为留种及育种方案定制提供参考。
以上内容仅用以说明本发明的技术方案，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种基于全基因组选择的马氏珠母贝金黄壳色性状良种培育方法，其特征在于：所述培育方法包括以下步骤：
步骤一，马氏珠母贝金黄壳色性状测定及参考群体构建；
步骤二，对马氏珠母贝金黄壳色性状参考群体进行基因组重测序和全基因组SNP标记鉴定；
步骤三，计算每个SNP标记的效应值，对验证群进行育种值估计；结合验证群的表型值，计算其相关性及回归系数，选出最佳的预测计算模型；
步骤四，利用步骤三选择的最佳预测模型用于育种群育种值估计，并用于最终的选种。
2.根据权利要求1所述的培育方法，其特征在于：所述步骤一中，对马氏珠母贝进行金黄壳色性状测定，依据马氏珠母贝的金黄壳色性状构建参考群体。
3.根据权利要求2所述的培育方法，其特征在于：所述步骤二中，利用基因组重测序方法，测序深度大于10×，进行SNP位点标记鉴定，获得全基因组范围内超高密度SNP位点。
4.根据权利要求3所述的培育方法，其特征在于：所述步骤三中，利用参考群的表型值和基因型信息，加入到基于rrBLUP、BayesA和BayesB分析方法的基因组预测模型，计算每个SNP标记的育种效应值，将rrBLUP、BayesA和BayesB作为基因组选择方法的代表，对三种基因组选择方法的预测准确性进行评估，利用验证群全基因组SNP分型结果和SNP的效应值，计算验证群每个个体的育种值；根据验证群的育种值及表型值，计算两者的相关性及回归系数，筛选其中最佳的基因组预测模型。
5.根据权利要求4所述的培育方法，其特征在于：所述步骤四具体为选用步骤三中确定的预测准确性最高的基因组选择方法，预测育种群体中每个个体的育种值，并根据基因组育种值从高到低进行个体选择。
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