基于全基因组关联分析揭示草鱼体重与肌肉不饱和脂肪酸性状的关键SNP及候选基因

《Aquaculture Reports》：Identification of SNPs associated with body weight and muscle unsaturated fatty acids in grass carp ( Ctenopharyngodon idella) through GWAS analysis

本研究针对草鱼肌肉品质遗传改良需求，通过全基因组关联分析（GWAS）系统鉴定了与体重（BW）和肌肉不饱和脂肪酸（UFA、PUFA、DHA）含量显著相关的SNP位点及候选基因，为高营养价值草鱼新品种选育提供分子标记。研究团队对307尾草鱼进行全基因组重测序，筛选出431.5万高质量SNP，通过FarmCPU模型识别出9个BW相关、17个脂肪酸性状相关SNP，并注释到包括nfatc2a、st6galnac5、Rab8a等关键基因。成果为解析草鱼生长与脂质代谢分子机制及分子育种奠定基础。

　　

随着消费者对高品质水产品需求的日益增长，草鱼（Ctenopharyngodon idella）作为中国淡水养殖产量最高的物种，其肌肉品质的遗传改良成为产业升级的关键。然而，草鱼性成熟周期长，传统选育效率低，且现有育种研究多聚焦于生长速度和抗病性，对肌肉品质（如不饱和脂肪酸含量）的分子机制研究尚不深入。为解决这一瓶颈，南京农业大学无锡渔业学院张智芳等研究人员在《Aquaculture Reports》发表论文，通过全基因组关联研究（GWAS）系统挖掘了与草鱼体重和肌肉不饱和脂肪酸含量相关的遗传标记和候选基因。

为揭示草鱼重要经济性状的遗传基础，研究团队以“苏湖1号”选育群体中的307尾一龄草鱼为研究对象（平均体重356.4±110.4克），采集其背部肌肉样本。首先通过气相色谱法精确测定了肌肉中多种不饱和脂肪酸含量，包括二十二碳六烯酸（DHA）、多不饱和脂肪酸（PUFA）和总不饱和脂肪酸（UFA）。随后，利用Illumina novaseq 6000平台对全部个体进行全基因组重测序（PE150），经过严格质控后获得431.5万个高质量单核苷酸多态性（SNP）位点。关键分析技术包括：基于BWA算法的序列比对、GATK和Sentieon软件进行SNP检测与注释、Eigensoft进行群体主成分分析（PCA）、Admixture分析群体结构，以及使用rMVP软件包的FarmCPU模型进行GWAS分析。对显著关联的SNP位点上下游100 kb区域进行候选基因筛选，并通过KEGG通路富集分析阐释其生物学功能。

3.1 BW和脂肪酸含量结果

对307尾草鱼的表型分析显示，肌肉DHA、PUFA和UFA平均含量分别为5.0±1.0 mg/g、87.5±19.1 mg/g和219.82±47.14 mg/g。相关性分析表明PUFA与UFA呈极显著正相关（r=0.945, P<0.01），且BW与PUFA、UFA均存在显著正相关。

3.2 测序数据与SNP统计

全基因组重测序共获得722.2万个遗传变异位点，经质控后保留450万个高质量SNP用于后续分析。SNP在24条染色体上呈现不均匀分布。

3.3 群体结构分析

PCA与系统进化分析表明实验群体存在三个亚群。体重、DHA、PUFA和UFA的遗传力估计值分别为0.1830±0.0296、0.0702±0.0132、0.1584±0.0300和0.1370±0.0205。连锁不平衡（LD）衰减分析显示，SNP间物理距离达到100 kb时，连锁系数r²衰减至0.05。

3.4 BW的GWAS及候选基因注释

GWAS识别出9个与BW显著相关的SNP位点。在其100 kb区域内共注释到51个候选基因，包括核因子活化T细胞2a（nfatc2a）、肌球蛋白轻链激酶4a（mylk4a）和外生糖基转移酶2（ext2）等。KEGG富集分析提示这些基因主要参与催产素信号通路、血管平滑肌收缩等生理过程。

3.5 脂肪酸的GWAS及候选基因注释

研究分别鉴定出4、7和6个与DHA、PUFA和UFA显著相关的SNP位点，对应注释到48、88和113个候选基因。其中，唾液酸转移酶（st6galnac5）、3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶a（hmgcra）、RAS相关蛋白8a（Rab8a）和前列腺素E合酶3a（ptges3a）等基因与脂质代谢密切相关。通路富集分析显示st6galnac5参与代谢通路，ptges3a参与花生四烯酸代谢通路。

研究结论表明，通过GWAS成功筛选出多个与草鱼体重和肌肉脂肪酸含量显著相关的SNP及候选基因。其中nfatc2a、mylk4a和ext2等基因与生长调控相关，而st6galnac5、hmgcra、Rab8a和ptges3a等基因则深度参与脂质代谢过程。这些发现不仅深化了对草鱼经济性状分子遗传机制的理解，更为开展草鱼高不饱和脂肪酸含量的分子标记辅助选育提供了关键靶点。今后需在更大群体和不同年龄阶段进行验证，并对候选基因功能开展深入研究。