罗非鱼（Oreochromis spp.）已成为全球最重要的养殖鱼类之一。自20世纪60年代引入莫桑比克罗非鱼、红罗非鱼、尼罗罗非鱼和蓝罗非鱼等多个品种以来，人们不断进行人工选育和杂交育种，培育出具有快速生长和抗病性等优良特性的新品种。然而，罗非鱼性成熟较早且养殖周期较短，导致种间杂交和基因混合现象频发，这可能会损害遗传资源的质量，阻碍该产业的可持续发展。

为了应对这些挑战，分析不同繁殖群体的遗传多样性并建立精准的亲鱼鉴定方法至关重要。南京农业大学和中国水产科学研究院的科学家最近发表了一项研究，深入研究了蓝罗非鱼（ Oreochromis aureus）、尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）和红罗非鱼（Oreochromis spp.）的遗传结构、选择标记以及基于单核苷酸多态性 (SNP) 的“指纹”构建。这些发现对于罗非鱼遗传资源的保护、利用和改良至关重要。

了解主角：正在研究的罗非鱼

该研究重点关注中国淡水渔业研究中心饲养的三个高度相关的罗非鱼种群：

蓝罗非鱼（OA）：该种群于2004年从埃及引进，已连续20代进行选育，旨在提高生长速度和抗病能力。该种群对于通过与尼罗罗非鱼杂交生产“全雄”罗非鱼至关重要。

尼罗罗非鱼（ON）：该野生种群于2023年从塞内加尔引进，研究中心此前未对其进行遗传选择。它是中国主要的罗非鱼养殖品种，凭借其良好的生长性能和对环境的耐受性，成为罗非鱼亲鱼改良的基石。

红罗非鱼（OS）：该品种于2010年从台湾引进，由红莫桑比克罗非鱼突变体与尼罗罗非鱼等其他品种杂交而成。该品种已进行10代选育，主要以体色和体重为重点，因其诱人的颜色、风味和耐盐性而展现出优异的育种潜力。

它们的基因组是如何被研究的？重测序的力量

为了揭开这些罗非鱼的遗传秘密，研究人员对45条个体（每个种群15条）使用了全基因组重测序（WGR）技术。该技术可以读取每条鱼的完整DNA序列，并将其与参考基因组进行比较。通过这种方式，可以识别遗传变异，尤其是单核苷酸多态性（SNP）。SNP是指遗传密码中单个“字母”的改变，由于其丰富性、稳定性和易于自动化分析，因此作为分子标记非常有用。

揭示遗传多样性：它们有何不同？

该研究揭示了群体内部和群体之间的遗传变异：

红罗非鱼（OS）的多样性最高：其杂合度（观察值和预期值）最高，核苷酸多样性（Pi）也最高。尽管存在选择，但其杂交来源似乎促成了这种较高的遗传多样性。然而，红罗非鱼的近亲繁殖系数也较高，这表明存在一定程度的近亲繁殖，需要在未来的育种计划中加以控制。

蓝罗非鱼（OA）的多样性较低：该种群经过20代的密集选择，其杂合度和核苷酸多样性值最低。这表明持续的定向选择降低了其遗传变异性，这种现象在其他经过驯化的水产养殖物种中也观察到了。有趣的是，它表现出最高的纯合性，这可能有利于固定生长等所需性状。

遗传分化：蓝罗非鱼（OA）种群与尼罗罗非鱼（ON）和红罗非鱼（OS）种群之间存在显著的遗传分化。相比之下，尼罗罗非鱼（ON）与红罗非鱼（OS）之间的遗传分化明显较低，表明其亲缘关系更近。

人口结构和亲属关系：遗传家谱

主成分分析（PCA）、系统发育和遗传聚类（混合）分析揭示了清晰的模式：

三个不同的群体：三个种群形成了不同的基因簇，反映了它们的特殊性。

尼罗罗非鱼与红罗非鱼的亲缘关系：尼罗罗非鱼（ON）的遗传结构与红罗非鱼（OS）的相似性高于与蓝罗非鱼（OA）的相似性。亲缘关系分析证实了ON和OS种群之间的亲缘关系更近，而混合分析表明，当考虑两个最优群体（K=2）时，两者可能存在共同的祖先起源。

基因流动：尽管存在分化，但仍检测到从蓝罗非鱼（OA）种群到红罗非鱼（OS）种群的遗传漂变的证据，这表明蓝罗非鱼的遗传物质已经引入红罗非鱼。

从选择的视角看：哪些基因造成了差异？

这项研究不仅描述了基因组的多样性，还试图识别在育种过程中受自然或人工选择影响的基因组区域。科学家们发现，选定的区域包含与以下方面相关的关键基因：

新陈代谢、内分泌和免疫系统：这些系统对于鱼的良好表现至关重要。

生产重要性状：许多已鉴定的基因与生长、繁殖和抗病性有关，这表明育种计划一直在有意或无意地选择这些特性。

具体候选基因：在蓝罗非鱼（OA vs. ON 和 OA vs. OS）的比较中，代谢途径中突出了qrsll（与谷氨酰-tRNAGln 的生物合成、卵母细胞发育和缺氧反应相关）和pde4d（参与调节炎症反应、生长和生育能力）等基因。在尼罗罗非鱼和红罗非鱼（ON vs. OS）的比较中，鉴定出了许多候选基因。其中，hras（细胞存活信号的介质）、ikbkb（激活免疫反应和细胞凋亡的关键）、prkag1、prkaa2、prkacb（AMP 活化激酶的亚基，在能量代谢中至关重要）、irs2（生长激素的调节）和eif4e2（蛋白质翻译的调节）被确定为长寿、内分泌系统和免疫系统途径的核心。这表明这两个群体在这些功能领域的选择性适应存在显著差异。

罗非鱼的基因“指纹”：迈向精准识别

这项研究最实用的成果之一是构建了SNP指纹。由于罗非鱼幼鱼缺乏稳定的形态特征，且其外观会随着环境条件的变化而变化，因此识别幼鱼可能非常复杂。SNP指纹提供了一种基因组水平的解决方案。

构建成功：研究人员成功为45个个体样本构建了基于SNP的遗传指纹图谱，从而可以区分三个群体。

验证和核心标记：从初始SNP集合中，我们筛选出五个核心SNP标记（SNP1、SNP3、SNP5、SNP6和SNP7），并通过桑格测序进行验证，结果证明其具有较高的识别可靠性。SNP2和SNP4标记因存在变异，无法进行清晰区分，因此被舍弃。

识别组合：开发了两种由这五个 SNP 标记组成的组合，通过两步流程，即可准确识别个体属于蓝罗非鱼、尼罗罗非鱼还是红罗非鱼种群。例如，一种组合首先使用 SNP1、SNP5、SNP6 和 SNP7 识别蓝罗非鱼；然后，使用 SNP3 区分尼罗罗非鱼和红罗非鱼。

对罗非鱼养殖的影响

这项研究的结果对水产养殖业具有重要而直接的影响：

改进育种计划：详细了解遗传多样性和选择区域可以指导更有效的杂交策略，有助于选择具有优良遗传特性的亲鱼并保持长期的遗传多样性。

精准种群识别：开发的SNP指纹图谱为识别亲鱼、防止不必要的种群混合提供了强大而精准的工具，确保了育种品系的遗传纯度。鉴于罗非鱼杂交的便利性，这一点尤为重要。

遗传资源的保护：了解种群的遗传结构对于设计有效的保护策略至关重要，特别是对于野生种群或具有独特遗传特征的种群。

尽管作者指出了初始 SNP 筛选的样本量和测序深度等局限性，可以在未来的研究中改进以提高稳健性，但这项研究代表了一项重大进步。

结论

本研究对中国三个重点罗非鱼种群的遗传差异进行了详细且高精度的分析。结果证实，红罗非鱼的遗传多样性最高，而蓝罗非鱼的遗传多样性最低，这可能是由于密集选择的影响。三个种群表现出明显的遗传分离，尼罗罗非鱼和红罗非鱼之间的亲缘关系较近。

更重要的是，鉴定与生产性状相关的基因，并开发SNP指纹图谱，从而精确识别这些群体，是极其有价值的工具。这些成果不仅丰富了我们对罗非鱼遗传资源的认识，也为未来的遗传改良项目以及日益壮大的罗非鱼养殖业中种群的有效管理提供了重要的参考数据。

该研究得到了中国水产科学研究院中央公益性科研机构基本科研业务费、国家重点研发计划项目和科技创新2030重大专项的资助。