Поскольку в Китае разведение белого амура в аквакультуре является важным аспектом продовольственной безопасности, исследователи приступили к выведению этой рыбы с устойчивостью к гипоксии, одной из основных проблем в интенсивном рыбоводстве.
Белый амур (Ctenopharyngodon idella), экономически важная местная пресноводная рыба Китая, которая также широко культивируется по всему миру.
Белый амур является видом рыбы с самым высоким объемом производства в аквакультуре Китая и вносит значительный вклад в продовольственную безопасность и сельскую экономику Азии.
В настоящее время исследования по селекции белого амура в основном сосредоточены на таких признаках, как рост и устойчивость к болезням, а также на полногеномном ассоциативном исследовании (GWAS) генетических локусов, связанных с этими признаками. С развитием интенсивных методов разведения все большее внимание уделяется стрессоустойчивым признакам, таким как толерантность к гипоксии и аммиаку.
Гипоксия, состояние, характеризующееся снижением уровня растворенного кислорода в воде, является важным стрессовым фактором окружающей среды, влияющим на водные экосистемы.
В естественных местообитаниях гипоксия может быть результатом эвтрофикации, цветения водорослей и термической стратификации.
В системах аквакультуры гипоксия в основном возникает при следующих условиях: дождливые/пасмурные дни, высокая температура, период с ночи до раннего утра, чрезмерно высокая плотность посадки или ухудшение качества воды.
Гипоксия может вызывать метаболические расстройства, ослабление иммунитета, замедление роста, снижение репродуктивной способности и даже гибель рыб. Костистые рыбы являются хорошими моделями для исследований гипоксии, поскольку они обитают в водных местообитаниях с различным уровнем кислорода и выработали ряд физиологических и биохимических адаптаций, включая подавление метаболизма, усиление анаэробного гликолиза и повышение эффективности поглощения кислорода. Различные виды рыб, и даже отдельные особи внутри одного вида, демонстрируют значительные различия в толерантности к гипоксии. Генетическая основа этой межвидовой и внутривидовой изменчивости толерантности к гипоксии сложна и продолжает оставаться развивающейся областью исследований.
В исследовании коллектива китайских экспертов (Институт водной биотехнологии, Колледж наук о жизни, Циндаоский университет; Шаньдунский центр технологических инноваций в области биологического разведения высококачественной рыбы; Государственная ключевая лаборатория биологического разведения и устойчивого рыболовства в марикультуре, Научно-исследовательский институт рыболовства Желтого моря, Китайская академия рыболовных наук; и др.) применялся комбинированный подход GWAS и транскриптомики для идентификации потенциальных генов-кандидатов, связанных с толерантностью к гипоксии у белого амура.
Цель – предложить молекулярные маркеры для селекционных программ и углубить понимание адаптивных реакций на стресс окружающей среды у водных видов.
Данный эксперимент проводился на рыбоводческом предприятии «Наньсиху» в уезде Вэйшань, Цзинин, Китай. Выращиваемый этой компанией белый амур происходит от мальков, полученных из рыбоводного хозяйства в провинции Гуандун (множество племенных семей и неслучайное скрещивание).
В этом исследовании было собрано 2000 шестимесячных особей белого амура со средней массой тела 23,50 г и длиной тела 12,58 см, которые были распределены по пяти резервуарам объемом 150 л (каждый содержал 120 л воды). Рыбы акклиматизировались в течение одной недели в резервуарах при температуре воды 21,0 ± 1,0 °C и уровне растворенного кислорода 6,0 ± 0,5 мг/л путем аэрации.
Во время эксперимента по изучению гипоксического стресса аэрация была прекращена, а уровень растворенного кислорода контролировался с помощью измерителя качества воды. Согласно предыдущим исследованиям, уровень растворенного кислорода снижался при добавлении сульфита натрия. Температуру воды, pH и содержание аммиачного азота контролировали каждые 2 часа для обеспечения стабильных экспериментальных условий.
В качестве фенотипа толерантности к гипоксии был зафиксирован временной интервал от момента снижения концентрации растворенного кислорода до 0,1 мг/л до момента потери равновесия.
Из рыб отобрали которых 150 наиболее нетолерантных к гипоксии (HI) и 150 наиболее толерантных к гипоксии (HT).
GWAS с использованием 3 730 919 SNP (однонуклеотидных полиморфизмов) и 851 595 InDels (инделы – это короткие вставки (инсерции) или удаления (делеции) нуклеотидов (оснований) в последовательности ДНК, объединяющие два типа генетических мутаций, которые влияют на геном)) выявил 21 SNP и 6 InDels, ассоциированных с толерантностью к гипоксии.
Два (SNP) на хромосомах 10 и 13 достигли общегеномной значимости, объясняя 2,7% и 4,8% фенотипической дисперсии соответственно. Валидация идентифицированных SNP была выполнена с использованием анализа конкурентной аллель-специфической ПЦР (KASP).
Кандидатные гены от этих вариантов были обогащены путями биосинтеза стероидов, инсулиновой сигнализации и биосинтеза гликосфинголипидов.
Транскриптомный анализ шести тканей (мозг, жабры, кишечник, почки, печень и селезенка) выявил 1620, 1221, 796, 246, 210 и 58 дифференциально экспрессируемых генов (DEG) в группе HT по сравнению с группой HI соответственно.
Гены, дифференциально экспрессирующиеся в головном мозге, были преимущественно связаны с процессами метаболизма стероидов и регуляцией ангиогенеза, в то время как гены в почках и селезенке были связаны с транспортом кислорода и развитием эритроцитов. Интегрированный анализ данных GWAS и транскриптома выявил 16 общих генов, включая usf1 и trpv4. Эти результаты раскрывают ключевые геномные локусы и молекулярные пути, лежащие в основе устойчивости к гипоксии у белого амура, предоставляя ценные маркеры для будущих программ селекции.
Источник: Animals 2025, doi.org/10.3390/ani15243518