Odhad genetické variance užitkových vlastností kapra obecného s cílem předpovědět potenciál selekčního šlechtění v rybničních podmínkách chovu

Ing. Martin PRCHAL

Doctoral thesis

Estimation of genetic variation of performance traits in common carp to predict potential of selective breeding under pond management conditions

Abstract:

The main aim of this thesis was to study the genetic variation of several performance traits under pond management conditions and to estimate future perspective of sustainable selective breeding program in common carp. In the present study, Amur mirror carp (AM) and Hungarian synthetic mirror carp (HSM) were used. Most of the studied performance traits showed sufficient genetic variation (h2 = 0.12 1.0), suggesting a good potential for genetic improvement of the traits through selective breeding. It was shown that selection of common carp under pond management conditions should be optimally applied after the second overwintering. Winter survival is often a bottleneck for common carp production. As a result, the genetic background of winter survival and traits that might be correlated to the survival was studied. Main focus was given to the muscle fat and body weight and their dynamics through winter period and successive third growing period. It was found that selection for i) lower fat content before and after winter, ii) lower decrease in muscle fat content and/or body weight during winter, iii) higher condition factor may lead to better survival during both winter and third growing period and growth of fish during the third growing season. Unfortunately, direct selection for slaughter yields is impossible on live breeding candidates. Therefore, morphological predictors that can be measured in vivo are considered as an interesting alternative. As a result, external and internal measures were combined on 1553 fish by linear regression to predict log-log residuals (Logr) of slaughter yields. It was found that the accuracy of the prediction of slaughter yields may be solid. From the genetic point of view, model-predicted (h2 = 0.48 0.63) and even individual predictors (h2 = 0.34 0.72) of slaughter yields were highly heritable and favourably genetically correlated to the Logr yields. Hence, selection on trait predictors has an interesting perspective for genetic improvement of slaughter yields in common carp. Furthermore, genetic parameters of fillet fatty acid content and performance traits in market size common carp cultured under semi-intensive pond conditions were estimated. For flesh FA composition analysis 158 individuals were processed. Heritability estimates of total muscle fat, some FA groups and most performance traits were moderate to high (0.23 0.62). Interestingly, genetic correlations showed that genetic improvement of growth via selective breeding under Central European pond conditions without changing the production technology would very likely negatively affect carp flesh quality with respect to FA composition. Finally, restriction-site-associated DNA sequencing (Rad-seq) was used to identify and genotype single nucleotide polymorphism (SNP) markers for subsequent parentage assignment, construction of a medium density genetic map (12,311 SNPs), and testing of efficiency of marker-assisted (MAS) and genomic selection (GS) for growth and Koi herpes virus (KHV) resistance. No genome-wide significant QTL was identified for growth. However, genomic prediction of its breeding value may outperform the traditional pedigree-based prediction, resulting in an 18% improvement in prediction accuracy. On the other hand, genome-wide significant QTL affecting resistance to KHV was identified on linkage group (LG) 44 explaining approximately 7% of the additive genetic variation. The presented results add further evidence supporting the application of selective breeding in common carp cultured even under traditional pond management conditions. However, it is evident that the rearing technology will need suitable modifications. In addition, real economic impact of selective breeding on carp culture should be verified by calculation of realized heritabilities, real genetic gains and the total fish biomass yield of genetically improved stocks from a pond area unit.

Abstract:

Hlavním cílem této práce bylo prostudovat genetickou varianci užitkových znaků kapra obecného v rybničních podmínkách chovu a na jejich základě odhadnout perspektivy dlouhodobě udržitelného selekčního programu. Ve všech prezentovaných studiích byl použit Amurský lysec (AL) a syntetická linie maďarských lysců (HSM). Většina studovaných užitkových znaků vykázala dostatečnou genetickou varianci (h2 = 0.12 1.0), což ukazuje na dobrý potenciál pro jejich genetické zlepšování s využitím selekčního šlechtění. Navíc se ukázalo, že selekce kapra obecného by měla být v rybničních podmínkách optimálně prováděna po druhém zimování. Zimní období (přezimování) je často kritickým obdobím v chovu kapra. Z tohoto důvodu bylo studováno genetické pozadí znaků, jež mohou mít vliv na přezimování. Nejvyšší pozornost byla věnována obsahu tuku ve svalovině a hmotnosti ryb a jejich dynamice v průběhu zimního a následného třetího vegetačního období. Bylo zjištěno, že selekce na i) nižní obsah tuku před a po zimě, ii) nižší pokles obsahu tuku a hmotnosti těla během zimy, iii) vyšší kondiční faktor mohou vést k obecně lepšímu přežití ryb a také k lepšímu růstu během třetí vegetační sezony. Bohužel přímá selekce na výtěžnost není možná na živých kandidátech. Nicméně morfologické prediktory, které se mohou měřit in vivo, jsou považovány za zajímavou alternativu. Z tohoto důvodu byla zkombinována externí a interní měření z 1553 ryb a pomocí lineární regrese byly předpovězeny log-log reziduály (Logr) výtěžnostních ukazatelů. Bylo zjištěno, že přesnost předpovědi jateční výtěžnosti může být spolehlivá. Z genetické hlediska jsou kombinované modely pro odhad výtěžnosti (h2 = 0.48 0.63) a dokonce i jednotlivé prediktory h2 = (0.34 0.72) vysoce dědivé a příznivě korelované s Logr jatečními výtěžnostmi. Lze tedy říci, že selekce s využitím předpovězených hodnot má zajímavou perspektivu pro genetické zlepšování jateční výtěžnosti kapra obecného. Dále byly studovány genetické parametry obsahu mastných kyselin ve filetě a užitkových vlastností tržního kapra obecného chovaného v polointenzivních podmínkách. Pro analýzu mastných kyselin bylo zpracováno 158 jedinců. Míra dědivosti obsahu tuku ve svalovině, některých skupin mastných kyselin a většiny užitkových znaků byla střední až vysoka (0.23 0.62). Genetické korelace ukázaly, že genetické zlepšování růstu selekčním šlechtěním ve středoevropských podmínkách chovu by bez změny technologie chovu pravděpodobně negativně ovlivnilo kvalitu masa. Nakonec byla využita metoda založená na náhodném sekvenování úseků po štěpení DNA s využitím restrikčních enzymů (tzv. RAD sekvenování). Byly konstruovány středně-husté genetické mapy (12,311 SNPs) a nalezené jedno nukleotidové polymorfismy (SNPs) byly využity pro určení rodičovství a testování účinnosti selekce s využitím těchto markerů (tzv. MAS, marker assisted selection) pro rychlost růstu a odolnost vůči Koi herpes viróze (KHV). Pro růst nebyl identifikován žádný významný lokus (tzv. QTL, quantitative trait locus). Nicméně genomická predikce plemenné hodnoty pro rychlost růstu by mohla překonat selekci založenou na rodokmenu a zvýšila by efektivitu selekce až o 18%. Na druhou stranu byl ve vazebné skupině 44 identifikován poměrně významný QTL pro odolnost vůči KHV vysvětlující přibližně 7% aditivní genetické variance tohoto znaku. Prezentované výsledky v této práci přinášejí další důkazy podporující využití selekčního šlechtění kapra obecného i v tradičních podmínkách rybničního chovu. Je však zřejmé, že technologie chovu kapra bude vyžadovat vhodné úpravy. Skutečný dopad selekčního šlech

Abstract:

tění na ekonomiku chovu by měl být navíc ověřen výpočtem realizovaných dědivostí, skutečným genetickým ziskem a celkovým výnosem rybí biomasy geneticky zlepšených populací z jednotky plochy rybníka.

Keywords

amurský lysec, syntetická linie maďarských lysců, odhady heritability, genetické korelace, genomické parametry, selekční šlechtění, genetické zlepšování, užitkové znaky, polointenzivní podmínky chovu

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 9. 2018

Thesis defence

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery