《Aquaculture》：Genetic basis and genomic prediction of nocardiosis resistance in northern snakehead (Channa argus)
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孙东雷|朱明欣|文海深|齐欣|李超|张晓燕|王凌宇|孙朝楠|张崇|张永航|朱海航|胡静杰|李云教育部海洋渔业养殖重点实验室（KLMME），中国海洋大学，青岛266003摘要北方蛇头鱼（Channa argus）是亚洲重要的淡水养殖物种。然而，由Nocardia seriolae引
孙东雷|朱明欣|文海深|齐欣|李超|张晓燕|王凌宇|孙朝楠|张崇|张永航|朱海航|胡静杰|李云
教育部海洋渔业养殖重点实验室（KLMME），中国海洋大学，青岛266003
摘要
北方蛇头鱼（Channa argus）是亚洲重要的淡水养殖物种。然而，由Nocardia seriolae引起的诺卡菌病爆发导致了大量死亡，严重限制了该产业的可持续发展。为了研究对N. seriolae的抗性的遗传基础，我们进行了对照细菌感染实验，并使用400个具有极端生存表型的个体进行了全基因组关联研究（GWAS）。共有13个SNP与抗性显著相关，其中大多数变异集中在23号染色体上的约1.0 Mb基因组区域内，表明存在一个主要的数量性状位点（QTL）与诺卡菌病抗性相关。基于连锁不平衡（LD）的精细定位进一步确定了该区域内的几个候选基因，包括glg1、lsp1、afg3l2和ankrd27。转录组分析和qPCR验证显示，这些基因在细菌感染后表现出动态和组织特异性的表达模式，支持它们在宿主抗性中的潜在作用。此外，还进行了两种标记选择策略下的基因组预测分析：随机抽样和基于GWAS-p值的排序。与随机标记抽样相比，GWAS-p策略显著提高了预测性能。评估了八种基因组选择（GS）模型，其中贝叶斯岭回归在使用520个SNP时获得了最高的生存时间预测准确性，相关系数约为0.50，而RKHS和SVM在使用130个SNP时显示出最佳的生存状态区分能力，AUC值约为0.74。总体而言，这些发现为北方蛇头鱼诺卡菌病抗性的遗传基础提供了新的见解，并为在抗病育种计划中实施基因组选择提供了实际意义。
引言
北方蛇头鱼（Channa argus）是一种在亚洲和非洲广泛养殖的重要淡水养殖物种，因其生长迅速、环境适应性强和市场需求高而受到重视（Sun等人，2023a，Sun等人，2023b；Xu等人，2017）。2024年，其年产量达到605,438吨，成为中国主要的养殖鱼类之一（Sun等人，2025a）。然而，集约化养殖方式的扩展增加了C. argus对传染病的易感性，特别是由Nocardia seriolae引起的诺卡菌病（Teng等人，2025；Zhang等人，2023）。这种革兰氏阳性、分枝丝状病原体常见于土壤和水生环境中（Dong等人，2024；Fatahi-Bafghi，2018）。N. seriolae感染会导致慢性肉芽肿病，其特征包括皮肤出血、肌肉坏死以及鳃、心脏、肝脏、肾脏和脾脏等重要组织中形成肉芽肿结节（Kim等人，2018；Sun等人，2025b；Teng等人，2022；Zhou等人，2024）。由此导致的高死亡率不仅损害了鱼类健康和养殖场生产力，还对北方蛇头鱼养殖业的长期可持续性构成了重大威胁。
目前针对养殖鱼类诺卡菌病的干预措施仍然有限。该疾病发病隐匿且进展缓慢，早期阶段外部症状较少，使得及时诊断和治疗变得复杂（Maekawa等人，2018）。抗生素治疗是主要控制策略，但其效果常常受到肉芽肿病变形成的物理屏障阻碍，以及抗菌素耐药性的增加的影响。此外，目前尚无有效的N. seriolae疫苗，而传统预防措施的开发成本高昂且耗时（Liu等人，2023）。尽管提出了改进的养殖系统和以健康为导向的养殖模式等替代管理策略，但由于操作复杂性和生产成本的增加，这些策略的广泛应用受到限制（Nayak和Nakanishi，2016；Acosta等人，2024）。在这种情况下，通过遗传改良提高抗病性已成为一种有前景且可持续的长期疾病控制策略（Robinson等人，2023）。
鱼类的疾病抗性通常被认为是一种数量性状，受复杂的遗传网络和基因型-环境相互作用的调节，这对传统的遗传分析方法提出了重大挑战（Baerwald等人，2011；Huang等人，2025）。最近，高通量测序技术的快速发展和数量遗传学的进步推动了水产养殖物种分子育种的显著进展（Houston等人，2020；Yanez等人，2023）。特别是全基因组关联研究（GWAS）已成为解析复杂性状（包括疾病抗性）遗传基础的强大工具，能够系统地识别整个基因组中的性状相关标记（D'Agaro等人，2021；Fraslin等人，2022；Uffelmann等人，2021）。近年来，GWAS已成功应用于多种水产养殖鱼类，如大黄鱼（Larimichthys crocea）（Li等人，2023）、草鱼（Ctenopharyngodon idella）（Yu等人，2024）和大口黑鲈（Micropterus salmoides）（Zhang等人，2025），以识别各种细菌疾病的抗性位点。这些研究不仅加深了我们对表型变异遗传基础的理解，还为标记辅助选择（MAS）和基因组育种策略的发展提供了关键资源（Luo等人，2021；Wang等人，2022；Yu等人，2024）。
在GWAS的基础上，基因组选择（GS）作为一种更强大的遗传改良方法应运而生。GS利用全基因组的分子标记——如单核苷酸多态性（SNPs）和插入/缺失（InDels）——通过同时考虑所有标记的影响来估计基因组估计育种值（GEBVs），而不是依赖于一组统计上显著的位点（Meuwissen等人，2013）。这一关键区别使GS能够捕捉到许多小效应变异的累积效应，使其特别适用于多基因性状，而在这些性状上传统标记辅助选择可能效果较差（Poland和Rutkoski，2016）。与传统育种方法相比，GS提供了更高的预测准确性和更短的育种周期，特别是对于难以测量、成本高昂或致命的性状，如对特定病原体的抗性（Xu等人，2021）。
本研究旨在阐明北方蛇头鱼对N. seriolae抗性的遗传基础，并评估基因组选择在提高诺卡菌病抗性方面的潜力。为此，进行了对照细菌感染实验以表型抗性，随后进行了GWAS以识别抗性相关变异和候选基因。然后评估了GS模型在不同标记密度下的预测性能，包括生存时间和生存状态。此外，还使用随机标记选择和基于GWAS-p值的标记选择策略比较了GS模型的性能，因为这样的比较对于确定优化和减少SNP面板尤为重要，这对于开发具有成本效益的水产养殖育种策略至关重要。总体而言，这些发现有助于更深入地理解北方蛇头鱼诺卡菌病抗性的遗传基础，并为开发旨在培育抗病菌株的基因组选择策略奠定了基础。
章节片段
伦理声明
本研究中涉及的所有鱼类处理和实验程序均获得了中国海洋大学动物研究与伦理委员会的批准（许可编号：20141201）。
实验动物和细菌
从山东省临沂市宜水大强渔业有限公司共获得了1000条健康的北方蛇头鱼。选择了体表光滑、大小均匀、颜色鲜艳且游泳活动正常的鱼。平均体长为18.4 ± 2.9厘米，平均体重为
N. seriolae感染后的生存分布
如图1A所示，共有800条健康的北方蛇头鱼被腹腔注射了N. seriolae（1 × 108 CFU/mL，每条鱼200 μL）。排除因处理压力或计划采样而死亡的个体后，保留了762条鱼进行生存分析。感染后的死亡分布如图1B所示。感染后前七天内没有死亡事件。感染相关的死亡从第8天开始逐渐增加，
讨论
由N. seriolae引起的诺卡菌病仍然是北方蛇头鱼养殖的重要限制因素，尤其是在高密度养殖系统中，这促进了病原体的传播（Fatahi-Bafghi，2018）。慢性肉芽肿感染导致死亡率升高，影响生长表现和生产稳定性。由于抗生素治疗效果有限且缺乏商业疫苗，提高宿主的遗传抗性提供了一种可持续的
结论
在本研究中，我们证明了GWAS和GS的结合为阐明北方蛇头鱼诺卡菌病抗性的遗传基础和预测GEBVs提供了一个高效且成本效益高的框架。GWAS在23号染色体上的约1.0 Mb区域内识别出13个显著SNP，表明存在一个与诺卡菌病抗性相关的主要基因组位点。对该区域的精细定位揭示了几个候选基因，包括glg1、lsp1、afg3l2，
CRediT作者贡献声明
孙东雷：撰写——原始草稿、可视化、研究、资金获取。朱明欣：可视化、方法学。文海深：资源、研究。齐欣：方法学、研究。李超：资源、资金获取。张晓燕：方法学、资金获取。王凌宇：验证、研究。孙朝楠：验证、研究。张崇：可视化。张永航：软件。朱海航：验证。胡静杰：项目管理，
资助
本工作得到了国家自然科学基金（NSFC，资助编号32503169）、中国博士后科学基金（资助编号GZC2025005）、山东省自然科学基金（资助编号ZR2024QC027）和山东省渔业技术体系（资助编号SDAIT-12-03）的支持。
Tam等人，2019
致谢
我们感谢青岛农业大学的曹敏教授在N. seriolae培养方面的指导。同时感谢Yu Haohui、Wang Ningning、Liu Chenyuan和Zhu Xiaochen在鱼类解剖和样本收集方面的协助。
