《Aquaculture》：The study of genomic selection of
Nocardia seriolae resistance in spotted sea bass (
Lateolabrax maculatus)
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抗诺卡氏菌的斑马鲈鱼基因组选择框架研究，通过评估五种模型（rrBLUP、BayesA/B、SVM、RF）发现贝叶斯B模型在500个GWAS标记下预测精度最高，且跨群体验证有效，证实低至中等遗传率（h2≈0.18）支持基因选择，为可持续水产养殖提供新策略。
作者：董亚妮、张崇、张永航、陈志辉、齐欣、张凯强、文海深、李云
中国海洋大学教育部海洋渔业遗传育种重点实验室（KLMME），青岛市266003
摘要
由Nocardia seriolae引起的疾病爆发对斑点海鲈（Lateolabrax maculatus）的水产养殖构成了重大威胁，因此迫切需要有效的育种策略。本研究提出了一个全面的基因组选择框架来提高对该病原体的抗性。首先，我们估计了抗N. seriolae的基因组遗传力为低至中等水平（h2?≈?0.18），证实了遗传改良的潜力。然后，我们系统评估了5种基因组预测模型（rrBLUP、BayesA、BayesB、SVM和RF）在不同SNP密度和选择策略下的表现。利用约500个基于GWAS的SNP的BayesB模型取得了最高的预测准确性。这一发现与一种遗传结构一致，即部分基因位点对抵抗力的影响较大。过高的SNP密度降低了线性和贝叶斯模型的准确性，而RF模型无论标记数量如何都能产生稳定但较低的预测结果。重要的是，在一个遗传上不同的群体中的验证表明，BayesB能够根据GEBVs准确区分抗性和易感个体，显示出良好的可转移性。总体而言，我们的工作为在斑点海鲈育种中实施基因组选择提供了第一个基础框架，为开发抗N. seriolae的品种奠定了实用而高效的方向。
引言
水产养殖是全球增长最快的食品生产领域之一，在确保全球粮食安全和营养方面发挥着越来越重要的作用（Garlock等人，2022年）。在过去二十年里，全球水产养殖业不仅产量增加，而且已经从渔业的一个补充转变为水产养殖领域的领先力量（Boyd等人，2022年）。然而，养殖方式的集约化伴随着频繁的疾病爆发，传染病仍然是水产养殖可持续发展的主要限制因素（Rowley等人，2024年）。诺卡菌病是一种重要的细菌性疾病，影响多种水生生物，由Nocardia属的几种物种引起。迄今为止，至少有四种物种被报道与鱼类诺卡菌病有关，包括Nocardia seriolae、Nocardia asteroides、Nocardia salmonicida和Nocardia brasiliensis（Acosta等人，2024年；Maekawa等人，2018年）。在这些病原体中，N. seriolae已成为导致海洋和淡水养殖中诺卡菌病爆发的主要致病因子之一。
N. seriolae感染通常会导致慢性肉芽肿病，影响多种海洋和淡水鱼类（del Rio-Rodriguez等人，2021年；Yasuike等人，2017年）。由N. seriolae引起的诺卡菌病爆发已在几种具有商业价值的物种中报道，如银 Pomfret（Pampus argenteus）（Li等人，2024年）、蛇头鱼（Channa argus）（Teng等人，2022年）和大嘴鲈（Micropterus salmoides）（Zhou等人，2023年）。该病原体的长潜伏期和疾病的慢性进展使得N. seriolae感染特别难以控制（Man，2013年）。临床症状通常在感染的中后期才出现，这大大阻碍了疾病的及时检测和治疗（Martínez-Lara等人，2021年）。此外，肉芽肿病变的形成严重限制了抗生素的渗透和效果，使得传统的治疗方法效果不佳（Liu等人，2023年；Zhou等人，2026年）。
因此，传统的控制策略如抗生素施用和疫苗接种往往受到效果不佳、药物耐药性和长期安全问题的限制。因此，培育抗病品种被认为是一种更精确、高效和可持续的水产养殖疾病控制策略。然而，抗病性状的复杂遗传结构给传统的标记辅助选择（MAS）带来了挑战，因为MAS通常依赖于少数主要基因位点，往往无法捕捉到全部的遗传变异（Boopathi，2020年）。抗病性通常是一个复杂的数量性状，受多个效应较小或中等的基因以及基因-环境相互作用的影响（Derbyshire等人，2024年；St. Clair，2010年）。在这种情况下，基因组选择作为一种更有效的育种策略应运而生（Bhat等人，2016年）。基因组选择利用全基因组的遗传标记同时估计所有基因位点的影响，从而能够预测个体的基因组估计育种值（GEBVs），即使这些个体没有直接的表现型记录（Meuwissen等人，2016年）。通过整合基因型、表型和系谱数据，基因组选择提高了预测准确性，提高了选择效率，并加速了作物和家畜中抗病品种的培育（Krishnappa等人，2021年；Yin等人，2024年）。这种方法已成功应用于多种水产养殖物种，如大西洋鲑鱼（Salmo salar）（Dagnachew等人，2025年）、豹纹石斑鱼（Plectropomus leopardus）（Lu等人，2023年）和大型黄鲷（Larimichthys crocea）（Bai等人，2022年），以改善抗病性和其他经济重要性状。
斑点海鲈（Lateolabrax maculatus）是一种在中国广泛养殖的重要海洋鱼类（China，2023年）。广东省珠海地区，特别是斗门，是该物种的主要生产区，贡献了全国超过一半的养殖产量。与典型的海洋养殖系统不同，珠海的斑点海鲈主要在半咸水环境中养殖，由于淡水流入，盐度会随季节变化。尽管N. seriolae在斑点海鲈的海洋养殖中通常不被认为是常见的，但在珠海的半咸水池塘养殖系统中却多次爆发，那里盐度相对较低且温度较高。因此，在高温月份经常发生严重的诺卡菌病爆发，造成巨大的经济损失，并对该地区的可持续发展构成重大威胁。这些独特的流行病学和养殖条件凸显了开发适应半咸水养殖系统的抗病品种的迫切需求。我们之前的研究探讨了斑点海鲈在N. seriolae感染下的免疫反应机制，并揭示了抗病性的遗传基础（Dong等人，2024年）。尽管取得了这些进展，但针对该物种的抗病性基因组育种研究仍然有限。基因组选择在提高抗N. seriolae能力方面的潜力尚未得到系统评估。因此，建立一个基于基因组选择的育种框架可以为加速斑点海鲈抗病性的遗传改良提供有希望的策略。
在这项研究中，我们评估了基因组选择在提高斑点海鲈抗N. seriolae能力方面的潜力。构建了五个基因组预测模型，使用一个实验群体来估计基因组估计育种值（GEBVs），并通过交叉验证评估了它们的预测准确性。然后，在一个独立群体中验证了从该群体中选出的最佳模型，以进一步测试其可靠性和预测性能。据我们所知，这是首次系统评估基因组选择在提高斑点海鲈抗N. seriolae能力方面的研究，为开发抗病品种和支持可持续水产养殖奠定了基础。
实验动物和细菌挑战
基因组选择研究的整体工作流程如图1所示。简而言之，使用了两个独立的斑点海鲈群体：一个训练群体（TP，n?=?450）来自中国烟台的泾海海洋渔业有限公司，另一个验证群体（VP，n?=?200）来自中国日照的日照育种示范基地。在26?°C下适应两周后，两个群体中临床健康的鱼都被N. seriolae感染
表型变异和总结统计
记录了两个群体在感染后169?小时内的存活时间。在TP群体中，636条鱼中有138条（21.7%）存活到挑战结束；而在VP群体中，530条鱼中有52条（9.8%）存活。为了描述宿主对N. seriolae的反应，使用Kaplan-Meier方法构建了存活曲线。TP和VP群体在挑战后的168?小时内都显示出存活率的下降趋势，死亡趋势非常相似（图2A）。
讨论
疾病爆发是全球水产养殖持续且严重的挑战，导致巨大的经济损失并阻碍了可持续发展。在斑点海鲈中，由N. seriolae引起的诺卡菌病是一种主要的细菌性疾病，尤其是在集约化养殖条件下，死亡率很高（Nawaz等人，2022年）。传统的抗病性选择育种依赖于挑战测试，这些测试不仅耗时且劳动密集
结论
总之，本研究建立了第一个用于提高斑点海鲈抗N. seriolae能力的基因组选择框架。我们确认了低至中等的遗传力（h2?≈?0.18），证实了遗传改良的潜力。更重要的是，我们证明了预测准确性不仅仅取决于标记密度，还严重依赖于模型选择和标记策略之间的相互作用。使用靶向SNP面板 的BayesB模型的优越性提供了
CRediT作者贡献声明
董亚妮：撰写——原始草稿、可视化、调查、正式分析、数据管理。张崇：方法学、数据管理。张永航：资源、数据管理。陈志辉：资源。齐欣：概念化。张凯强：资源、概念化。文海深：资源、概念化。李云：撰写——审稿与编辑、监督、方法学、资金获取。
利益冲突声明
作者声明本研究不涉及任何潜在的利益冲突。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金联合资金（编号：U25A20722）、山东省重点研发计划（编号：2024LZGC005）、中国农业研究系统专项基金（编号：CARS-47）以及山东省重点研发计划（编号：2024GJJLJRC-088）的支持。
