Troutlodge 001 0158.jpg

发布日期 2020年5月19日

鳟鱼庄技术综述:通过基因组方法筛选抗细菌性冷水病品系

在虹鳟鱼养殖产业中,病害一直保持造成死亡最主要的因素,2011年占所有损失的81%(NASS 2012)。嗜冷性黄杆菌(Flavobacterium psychrophilum),可引起细菌性冷水的细菌,在产业内造成大量损失(Duchaud et al. 2007, Nematollahi et al. 2003)。

嗜冷性黄杆菌是世界范围内的区域流行病害,对于传统和现代鲑鳟鱼产业都造成危害。这一病原菌可引起细菌性冷水病和鳟鱼鱼苗综合症的爆发,爆发后的致死率可以达到85%(Brown et al. 1997)。在预防嗜冷性黄杆菌方面已经做了大量的研究工作,然而,至今还没有效的疫苗面世,以及对于有关可引起感染相关分子病理知之甚少(Barnes 2011, Cipriano et al. 2005, Duchaud et al. 2007)。在世界范围内,抗生素大量用于该病爆发的预防和治疗,然而,药物的添加会增加购买药物和人工方面的生产成本,持续性用药也会引起细菌抗药性变异(Barnes 2011, Bruun et al. 2000, Bruun et al. 2002, Kum et al. 2008)。由于这些原因,嗜冷性黄杆菌依然是鳟鱼养殖也的一个主要危害。

作为世界鳟鱼卵领先的提供商,鳟鱼庄与美国农业部进行长期合作来帮助解决这一世界性问题。该项目包括利用基因组筛选,利用全基因组密集遗传图谱概念来预测单个动物个体的遗传价值,以提高选育的效率。
鳟鱼庄与美国农业部共同努力,通过使用基因组筛选提高抗细菌性冷水病筛选的准确性,并将该技术用于在商业上可用的亲鱼种群上面。

研究工作的时间点

2010 –

  • 鳟鱼庄进行客户调查以确定在世界范围内对鳟鱼养殖也具有最大影响的因素。抗病力(包括对细菌性冷水病)是最需要改善的因素之一。

2013 –

  • 美国农业部的研究人员对鳟鱼庄的养殖种群,在细菌性冷水病实验室内进行了测试。

2014 –

  • 美国农业部完成了可用于广泛基因组研究和基因组筛选的57K SNP芯片的开发工作。

2015 –

  • 基因组筛选第一次应用到虹鳟鱼种群上。基因组育种值(Genomic Estimated Breeding Values, GEBVs)由美国农业部提供,在鳟鱼庄养殖种群内进行筛选工作。
  • 细菌性冷水病实验室检测显示,基因组筛选后代的选择精度是传统筛选方法的2倍。

2016 –

  • 美国农业部对鳟鱼庄的另一个商业品系进行了细菌性冷水病实验室检测。

2017 –

  • 鳟鱼庄开始商业性提供,由基因组选育的抗细菌性冷水病的鱼卵。这是第一个通过基因组选育生产抗细菌性冷水病的鳟鱼卵。
  • 鳟鱼庄将基因组选育的应用扩大到其他商业品系。

2018 –

  • 鳟鱼庄将基因组选育的应用扩大到其他商业品系。
  • 为了提高对细菌性冷水病抗性选择的效率,对育种方案进行修改。

2019 –

  • 基因组选育到第三代,增强了对细菌性冷水病的抗性。
  • 实验室检测对筛选反应的评估。
  • 基因组筛选方法扩大应用到其他对虹鳟鱼养殖有重大影响的病害。

2020 –

  • 开始对11月品系抗细菌性冷水病进行第一代基因组筛选。
  • 细菌性冷水病实验室对2月品系进行核心检测,制定基因组筛选步骤。

方法

病害检测方法可以参考Vallejo et al. 2017发表的文章。方法总体为,鳟鱼庄核心种群的鱼卵运至美国农业部实验室,鱼苗在1克时,腹腔注射特定剂量的嗜冷性黄杆菌(图1)。在21天内,每日记录死亡量。

-Genomic_Selection_BCWD.png

图1:美国农业部组织细菌性冷水病实验室对鳟鱼庄5月品系检测的结果。图形显示随基因组筛选世代从2015到2019的增加后存活率的提高。尽管细菌注入量(CFU/g)从2015年到2019年世代不断增加,随世代的改善型是持续的。

使用基因组筛选抗细菌性冷水病品系涵盖3个世代,检测结果表明存活率从2015年世代的33.5% 增加到2019年世代的78.3%,改善率达134%。

参考资料:

Barnes M.E., M. L. Brown. 2011. A Review of Flavobacterium Psychrophilum Biology, Clinical Signs, and Bacterial Cold Water Disease Prevention and Treatment. The Open Fish Science Journal; 4:40-48.

Brown, L.L., W.T. C o x, R.P. Levinel. 1997. Evidence that the causal agent of bacterial coldwater disease Flavobacterium psychrophilum is transmitted within salmonid eggs. Diseases of Aquatic Organisms; 29: 213-218.

Bruun M.S., A. S. Schmidt, L. Madsen, I. Dalsgaard. 2000. Antimicrobial resistance patterns in Danish isolates of Flavobacterium psychrophilum. Aquaculture 187: 201-212.

Cipriano, R.C. and R.A. Holt. 2005. Flavobacterium psychrophilum, cause of Bacterial Cold-Water Disease and Rainbow Trout Fry Syndrome. Fish Disease Leaflet No. 86. United States Dept. of the Interior. U.S. Geological Service, National Fish Health Research Laboratory, Kearneysville, WV.

Duchaud, E., M. Boussaha, V. Loux, J. Bernardet, C. Michel, B. Kerouault, S. Mondot, P. Nicolas, R. Bossy, C. Caron, P. Bessieres, J. Gibrat, S. Claverol, F. Dumetz, M. Le Henaff, A. Benmansour. 2007. Complete genome sequence of the fish pathogen Flavobacterium psychrophilum. Nature Biotechnology; 25: 763-769

FAO 2016. Fisheries and Aquaculture Department, Global Aquaculture Production 1950-2016. By species. Accessed Feb 7, 2018, http://www.fao.org/figis/servlet/TabSelector.

Kum, C., S. Kirkan, S. Sekkin, F. Akar, M. Boyacioglu. 2008. Comparison of In Vitro Antimicrobial Susceptibility in Flavobacterium psychrophilum Isolated from Rainbow Trout Fry. Journal of Aquatic Animal Health; 20: 245-251.

NASS. 2018. Trout Production. National Agricultural Statistics Service. USDA, Washington DC. Accessed February 20, 2019. https://downloads.usda.library.cornell.edu/usda-esmis/files/t722h882h/cn69m647s/b8515q80p/TrouProd-02-26-2018.pdf

Nematollahi, A., A. Decostere, F. Pasmans, F. Haesebrouck. 2003. Flavobacterium psychrophilum infections in salmonid fish. Journal of Fish Diseases, 26:563-574.

Vallejo, R., T. D. Leeds, G. Gao, J.E. Parsons, K.E. Martin, J.P. Evenhuis, B.O Fragomeni, G.D, Wiens, Y. Palit. 2017. Genomic selection models double the accuracy of predicted breeding values for bacterial cold water disease resistance compared to a traditional pedigree-based model in rainbow trout aquaculture. Genetics Selection and Evolution. 49:17