塔斯马尼亚大西洋鲑鱼（Salmo salar）的染色体结构变异与其适应性和生产性状相关

《Aquaculture》：Chromosomal structural variation in Tasmanian Atlantic salmon (Salmo salar) is associated with adaptation and production traits

　　罗伯托·卡瓦列罗（Roberto Carvalheiro）| 瓦格迪·梅卡维（Wagdy Mekkawy）| 蒂莫西·D·W·卢克（Timothy D.W. Luke）| 布拉德·S·埃文斯（Brad S. Evans）| 柯蒂斯·E·林德（Curtis E. Lind）| 詹姆斯·基贾斯（James Kijas）
CSIRO农业与食品研究所，塔斯马尼亚霍巴特，7001，澳大利亚

**摘要**
多项研究表明，染色体结构重排会影响物种对新环境的适应性和可塑性。然而，这种变异在育种计划中用于提高适应性和生产力的潜力尚未得到充分探索。本研究利用一个结构良好的选择性育种项目中的基因型和表型数据集，调查了塔斯马尼亚大西洋鲑鱼中的染色体结构变异及其与适应性和生产性状的关联。高密度基因型分析表明，在北美野生种群中观察到的易位和融合多态性也在养殖的塔斯马尼亚种群中存在。有趣的是，我们发现Ssa08和Ssa29染色体融合存在独特的核型聚类模式。此外，还观察到了Ssa26和Ssa28染色体融合的多态性，这在北美野生种群中较为罕见。染色体结构变异与抗阿米巴性鳃病能力、性成熟度、存活率以及夏季生长表现显著相关。对于某些性状而言，不同同核型之间的平均遗传优势差异超过了表型平均值的10%。对于每种染色体重排，没有一种核型在所有性状上都具有优势，且观察到存活率与生产性状之间存在权衡。这些结果表明，根据育种目标，可以通过选择和配对决策来促进特定核型的出现或维持核型多样性。建议使用长读长测序方法进行补充研究，以验证和深入理解我们的发现。

**1. 引言**
多项研究表明，染色体结构重排（如倒位、融合和易位）会影响物种对环境变化的适应性和可塑性（Dobigny等人，2017；Wellenreuther和Bernatchez，2018；Vimala等人，2021）。例如，在大西洋鳕鱼（Gadus morhua）中，多态性和持续存在的大规模染色体倒位似乎与迁徙行为、耐温性和盐度适应性有关（Berg等人，2016；Kess等人，2020；Matschiner等人，2022）。长读长测序技术的进步揭示了染色体结构重排比之前认为的更为普遍且影响更大（Dobigny等人，2017；Mérot等人，2020）。一项针对大西洋鲑鱼（Salmo salar）的比较基因组研究通过从头组装染色体水平的数据，明确证明了北美和欧洲来源的大西洋鲑鱼之间存在显著的基因组结构差异（Gao等人，2023）。北美谱系比欧洲谱系少两条染色体，这是由于Ssa08和Ssa29（Ssa08/Ssa29）以及Ssa26和Ssa28（Ssa26/Ssa28）染色体的融合所致。此外，北美大西洋鲑鱼的Ssa01染色体发生了分裂，形成了p臂和q臂，p臂与Ssa23染色体易位，导致Ssa01p和Ssa23（Ssa01p/Ssa23）融合。比较基因组学和群体基因组学研究表明，这些重排是在不同的进化事件中独立发生的，并且在北美来源的种群中表现出多态性（Brenna-Hansen等人，2012；Lehnert等人，2019；Nugent等人，2024）。实证证据表明，这些重排有助于加拿大野生大西洋鲑鱼种群的局部适应（Wellband等人，2019；Watson等人，2022）。尽管群体基因组学研究表明染色体重排在大西洋鲑鱼的适应中起作用，但这些证据往往是间接的。这些研究通常依赖于重排的空间/地理频率与局部环境因素（如温度（Watson等人，2022）、纬度（Lehnert等人，2019）或降水量和海拔（Wellband等人，2019）之间的关联。虽然这些发现为理解适应性的遗传机制提供了宝贵见解，但染色体重排与特定适应性状之间的直接关联仍大多未被探索。此外，染色体重排对水产养殖业重要的生产性状的影响仍不清楚。

鉴于其起源和结构良好的育种计划，养殖的塔斯马尼亚大西洋鲑鱼种群为研究染色体重排在适应性和生产性状中的作用提供了独特的机会。塔斯马尼亚大西洋鲑鱼种群始于20世纪80年代中期，通过从澳大利亚新南威尔士州的Gaden孵化场转移了约30万个卵细胞建立。Gaden种群本身起源于20世纪60年代初，从加拿大新斯科舍省的River Philip引进了相同数量的卵细胞。自建立以来，每年都使用了数百条亲鱼，因此塔斯马尼亚大西洋鲑鱼种群保留了原始加拿大种群的大部分遗传多样性（Ward等人，1994；Verbyla等人，2021）。我们假设，如果染色体重排对环境适应有显著贡献，那么在需要适应新环境条件的塔斯马尼亚种群中应该能够检测到这种关联，尤其是在耐热性（Nuez-Ortín等人，2018；Wade等人，2019）和抗阿米巴性鳃病能力（Taylor等人，2009；Kube等人，2012）方面。因此，在本研究中，我们首先调查了在北美野生种群中检测到的染色体结构变异是否也在养殖的塔斯马尼亚大西洋鲑鱼中存在。由于这些染色体重排具有多态性，我们随后利用一个结构良好的选择性育种项目中的基因型和表型数据集，研究了它们与适应性和生产性状的关联。最后，我们评估了这些变异的遗传模式，以评估其在育种计划中的利用潜力。

**2. 材料与方法**
**2.1. 塔斯马尼亚大西洋鲑鱼染色体结构变异的特征分析**
为了调查在北美种群中检测到的染色体重排是否也在塔斯马尼亚大西洋鲑鱼中存在，我们首先使用了来自加拿大、挪威和塔斯马尼亚的多样化种群的高密度基因型数据（表1）。加拿大（CAN）种群包括来自加拿大多个地点的野生鱼类，基因型数据来自三项先前检测到Ssa01p/Ssa23易位和/或Ssa08/Ssa29融合多态性的研究（CAN1：Watson等人，2022；CAN2：Lehnert等人，2019；CAN3：Wellband等人，2019）。挪威种群的基因型被用作“对照”，因为它们没有染色体重排的迹象（Barson等人，2015）。塔斯马尼亚样本来自SALTAS（塔斯马尼亚鲑鱼企业有限公司）选择性育种项目中的鱼类，这些鱼类属于2001年至2011年的不同年份组。这是Verbyla等人（2021）描述的定制塔斯马尼亚大西洋鲑鱼SNP阵列开发所使用的数据集。

**表1. 用于研究染色体结构变异的基因型信息来源**
| 种群 | 样本数量 | 来源 | 描述 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| CAN1 | 1217 | Watson等人，2022 | 来自加拿大纽芬兰Placentia Bay的野生鱼类 |
| CAN2 | 544 | Lehnert等人，2019 | 来自加拿大多个地点的野生鱼类 |
| CAN3 | 615 | Wellband等人，2019 | 来自加拿大新不伦瑞克省Miramichi River的野生鱼类 |
| NOR | 404 | Barson等人，2015 | 来自54个挪威种群的鱼类 |
| TAS | 782 | SALTAS | 来自2001–2011年的SALTAS育种项目鱼类 |

使用AquaGen和CIGENE为大西洋鲑鱼开发的220,000个双等位基因SNP Affymetrix Axiom阵列对来自三个种群的样本进行了基因分型（CAN1和CAN2来自加拿大，NOR和TAS来自挪威）。CAN3的样本使用CIGENE为北美大西洋鲑鱼设计的定制50,000个SNP Affymetrix Axiom阵列进行了基因分型（Wellband等人，2019）。经过筛选后，仅保留了两个阵列共有的SNP以及调用率（在研究范围内）大于0.95的SNP，用于后续分析。这得到了4562个样本的28,263个SNP的基因型信息。其中，2376个来自加拿大，1404个来自挪威，782个来自塔斯马尼亚（表1）。为了确保基因型编码的一致性，每个SNP的参考等位基因和替代等位基因在所有研究中都是固定的，并且基因型被编码为替代等位基因的数量（0、1或2）。

我们使用主成分分析（PCA）对基因组关系矩阵（GRM）进行了分析，以检测染色体重排多态性（Wellband等人，2019）。所有PCA都是使用R包RSpectra（Qiu和Mei，2024）进行的。应用PCA的理由是，在重排区域内的单倍型倾向于重组受到抑制，不同的核型在局部进行PCA时倾向于聚集在不同的簇中，类似于群体结构造成的效果。这种方法也常用于检测人类基因组中的倒位多态性（Ma和Amos，2012；Cáceres和González，2015；Hanlon等人，2022）。分别针对欧洲和北美大西洋鲑鱼之间的三种主要染色体重排——Ssa08/Ssa29和Ssa26/Ssa28的融合以及Ssa01p/Ssa23的易位——进行了局部PCA分析（图1）。仅考虑了每个重排区域附近的SNP来构建GRM，使用了R包AGHmatrix的“VanRaden”方法（Amadeu等人，2023）。质量控制后，每个目标基因组区域内的标记数量从107到279个SNP不等（表2）。

**图1. 北美（USDA_NASsal_1.1）和欧洲（Ssal_v3.1）大西洋鲑鱼（Salmo salar）参考基因组的可视化比较（绿色：正向比对；紫色：反向比对）。来源：NCBI Comparative Genome Viewer（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/cgv/）。**

**表2. 用于局部PCA的目标基因组区域及相应数量的SNP**
| 染色体重排 | 描述 | 局部区域 | SNP数量 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| Ssa08/Ssa29（融合1） | Ssa08和Ssa29之间的融合 | 279 |
| Ssa26/Ssa28（融合2） | Ssa26和Ssa28之间的融合 | 192 |
| Ssa01p/Ssa23（易位） | Ssa01染色体的分裂及其与Ssa23染色体的融合 | 107 |

**2.2. 染色体结构变异与生产性和适应性相关性状之间的关联**
为了测试染色体结构变异与生产性和适应性相关性状之间的关联，我们使用了来自2009至2018年的962条SALTAS亲鱼的信息，其中包括533条母鱼和429条父鱼。所有鱼类都使用了一个定制的50,000个SNP阵列进行了基因分型，该阵列包含了220,000个SNP Affymetrix Axiom阵列中的部分SNP（Verbyla等人，2021），这些SNP在SALTAS种群中具有很高的信息量。由于在通过质量控制的45,817个SNP中（MAF >0.01且调用率 >0.95），只有15,546个SNP与表1中总结的数据集相同，因此这些样本未用于前一节中的分析。

这962条SALTAS亲鱼在抗阿米巴性鳃病评分（AGD）、夏季（SSUR）和夏季后（PSSUR）存活率、海洋（MATM）和淡水（MATF）性成熟度、夏季生长（SUM）和高热负荷（SUM2）以及（去头去内脏）收获重量（WT）等性状方面具有相对较高的基因组育种值（GEBV）。这些性状的表型是在塔斯马尼亚中部的淡水池塘中最初饲养的鱼苗在大约15个月大时转移到塔斯马尼亚东南部的海水围栏中，在类似商业条件下进行性能评估的。有关SALTAS育种计划的更多细节，请参见Verbyla等人（2021）和Carvalheiro等人（2025a，2025b）。使用单步GBLUP方法（Aguilar等人，2010）计算的数据摘要统计信息见表3。SALTAS数据的摘要统计信息、遗传力估计（h2）以及不同性状的基因组预测准确性。
| 特征 | TraitaNCohorts | Mean | Min | Max | h2 | Accuracy |
|------------|------------|---------|---------|-----------|---------|
| cAGD (得分) | 45,072 | 22 | 22 | 2.46 | 0.50 | 0.70 |
| SSUR (二元) | 49,307 | 22 | 28 | 3.76 | 0.21 | 0.62 |
| PSSUR (二元) | 20,875 | 15 | 82 | 2.82 | 0.14 | 0.43 |
| MATM (二元) | 56,877 | 33 | 32 | 2.66 | 0.52 | 0.77 |
| MATF (二元) | 44,089 | 19 | 32 | 2.38 | 0.48 | 0.73 |
| FAT (%) | 21,610 | 24 | 9 | 9.42 | 0.29 | 0.42 |
| SUM (g0.33/天) | 40,044 | 21 | 12 | -6.92 | 27.21 | 0.24 |
| SUM2 (g0.33/天) | 39,973 | 21 | 11 | -1.99 | 5.42 | 0.40 |
| WT (kg) | 20,544 | 22 | 24 | 9.7 | 0.79 | 0.47 |

a. AGD：阿米巴鳃病得分；
b. SSUR：（后）夏季存活率；
c. MATM(F)：海洋（淡水）性成熟；
d. FAT：鱼片脂肪百分比；
e. SUM2：在中间（高）热负荷下的夏季生长，以每日生长系数表示；
f. WT：去内脏后的头部重量。

对于二元性状，平均值代表存活率（SSUR, PSSUR）或性成熟（MATM, MATF）的平均百分比。

c. 基因组预测准确性（Legarra和Reverter，2018年）。在关联分析之前，根据每个染色体重排的染色体结构变异，将962个SALTAS亲本分组，使用前一节中描述的相同PCA和聚类分析方法。在这些分析中，每个目标基因组区域内的50 K阵列标记数量分别为Ssa08/Ssa29为341个，Ssa26/Ssa28为334个，Ssa01p/Ssa23为167个。通过拟合线性模型评估每个染色体结构变异与每个性状之间的关联，其中父本的GEBVs作为响应变量，同时将三个重排的聚类分配作为固定分类效应。随后使用每个聚类的估计边际均值进行多个成对比较，应用Bonferroni校正以考虑多重检验。对于所有重排，不同聚类之间的平均亲本年龄相似（结果未显示），因此无需调整GEBVs以消除遗传趋势和核型效应之间的混淆。此外，我们没有对关联分析进行群体结构校正，因为这种校正会吸收我们旨在估计的效果（Ma等人，2012年）。使用GEBVs作为响应变量，因为父本缺乏直接的表型记录，并且由于其相对较高的准确性，GEBVs提供了真实的育种值的可靠代理。

对于除AGD抗性以外的所有性状，较高的GEBVs表示遗传优势。为了便于跨性状的一致可视化和解释，AGD抗性的GEBVs乘以-1，以便较高值也表示遗传优势。

2.3. 染色体重排的分离
为了研究SALTAS群体中染色体重排的分离情况，我们使用了来自之前描述的962个亲本的46,555个后代的推断基因型。SALTAS采用部分因子杂交方案，每个雌性与两个雄性杂交，每个雄性与两个或更多雌性杂交。选择和配对决策使用最佳贡献度，以在受限的共祖性和近交水平下最大化遗传增益（Meuwissen，1997年），每年产生大约200个后代。本研究中使用的后代（来自2016年至2020年的群体）最初使用定制的3 K靶向GBS检测进行基因分型（Verbyla等人，2021年），然后使用FImpute v3（Sargolzaei等人，2014年）将其基因型推断到50 K阵列，预期推断准确率为0.96（Verbyla等人，2021年）。然后对推断的基因型进行之前描述的PCA和聚类分析，根据每个目标重排的染色体结构变异对个体进行分组。随后，将后代的推断核型与其父母的推断核型进行对比，以研究染色体重排在代际间的遗传和维持情况。对于每个检测到的多态性重排，我们还检查了由不同核型配对产生的后代的性别比例，以确定是否有特定的配对偏好某一性别。最后，统计了不同核型组合之间的频率，以评估它们的相互依赖性。

3. 结果
3.1. 塔斯马尼亚大西洋鲑鱼染色体结构变异的特征
使用所有SNP（n = 28,263）构建的基因组关系矩阵（GRM）的主成分分析（PCA）揭示了三个明确的群体，分别对应于CAN、NOR和TAS群体，表明存在明显的群体分层。这种结构与地理隔离和群体特定选择压力引起的遗传分化一致。第一和第二主成分分别解释了总遗传方差的29.44%和8.79%（图2A）。相比之下，仅对TAS样本进行的PCA没有显示出群体分层的证据，无论是使用所有SNP还是排除位于重排染色体上的SNP（补充图S3）。

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图2. 使用所有染色体的SNP（A）以及针对Ssa08/Ssa29（B）、Ssa26/Ssa28（C）和Ssa01p/Ssa23（D）重排的局部基因组区域的SNP的基因型，对所有群体一起进行的PCA的前两个主成分（PC1和PC2）的得分图。

使用所有SNP观察到的聚类模式与使用每个目标染色体重排内的SNP子集观察到的模式明显不同。对于Ssa08/Ssa29（fusion1），加拿大（CAN1 - CAN3）和TAS样本分为不同的群体，这些群体由不同的核型组成，表明大西洋鲑鱼群体存在fusion1多态性（图2B）。尽管当分析所有群体时，CAN2样本似乎聚类在一个组中（图2B），但当仅使用CAN2和NOR样本进行PCA时，出现了3个不同的群体（补充图S4）。TAS样本显示出独特的fusion1聚类模式，由5个群体组成，表明与CAN样本相比有明显不同的重排分离（图2B）。

对于北美起源的样本，没有检测到Ssa26/Ssa28重排（fusion 2）的多态性证据，因为CAN和TAS群体聚类在单独的独立组中，除了少数异常样本（图2C）。

与fusion1类似，Ssa01p/Ssa23易位的PCA也显示了北美起源样本之间的染色体结构变异，特别是CAN1和CAN2群体，它们分为三个不同的群体（图2D）。TAS样本也形成了三个群体，尽管这些群体与CAN1和CAN2的群体相比区分度较低。与CAN2中观察到的模式类似，TAS群体包含少量位于“欧洲型”群体内的个体（即与NOR样本最匹配的群体内群体）（图2D）。

Ssa08和Ssa29染色体上的SNP之间的成对连锁不平衡（LD）提供了强有力的证据，表明北美起源的大西洋鲑鱼群体中与fusion 1重排相关的基因组区域重组减少。CAN和TAS群体在目标区域内部和之间都表现出高成对LD（Ssa08 < 8 Mb；Ssa29 < 5.2 Mb），这与融合染色体和存在大的连锁单倍型块一致。相比之下，NOR样本显示出低LD，与未融合的染色体一致（图3）。CAN2和CAN3群体中观察到的LD模式与它们原始研究中的报告一致（Lehnert等人，2019年；Wellband等人，2019年）。

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图3. Ssa08和Ssa29染色体上的SNP之间的成对连锁不平衡（r2）的热图，对于NOR、CAN2、CAN3和TAS群体。

Ssa01（p臂）和Ssa23染色体上的SNP之间的成对LD也提供了与易位相关的基因组区域重组减少的证据。CAN和TAS群体在目标区域内部和之间都表现出相对高的成对LD，这与存在大的连锁单倍型块一致，尽管对于Ssa01p/Ssa23重排，这些块不如fusion 1明显。值得注意的是，在TAS样本中，目标区域外的SNP之间也观察到了升高的LD（Ssa01：44–53 Mb；Ssa23 < 9.5 Mb）。相比之下，NOR样本在Ssa01和Ssa23染色体上没有显示出连锁单倍型块的证据（图4）。CAN1和CAN2群体中观察到的LD模式与它们原始研究中的报告一致（Watson等人，2022年；Lehnert等人，2019年）。

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图4. Ssa01（p臂）和Ssa23染色体上的SNP之间的成对连锁不平衡（r2）的热图，对于NOR、CAN1、CAN2和TAS群体。

基于PCA得分的高斯有限混合模型对fusion1变异进行聚类（图5），在TAS群体中识别出五个不同的群体。使用贝叶斯信息准则（BIC）选择了最佳模型，该模型支持具有可变体积、形状和方向协方差矩阵（参数化VVV）以及所有群体中的八个群体（补充图S1）。根据该模型，TAS个体被分配到五个群体（TAS1-TAS5）。这些群体在TAS群体中的相对频率分别为TAS1-TAS5的227（29.0%）、68（8.7%）、338（43.2%）、38（4.9%）和111（14.2%）个个体（图5）。

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图5. 使用所有群体一起进行的PCA的前两个主成分（PC1和PC2）的得分图，对于Ssa08/Ssa29融合（fusion1）。塔斯马尼亚群体（TAS1 – TAS5）用不同颜色突出显示，挪威和加拿大样本被阴影处理以便更好地可视化TAS群体。

群体内的SNP摘要统计数据显示，TAS1、TAS3和TAS5群体分别对应于北美融合同核型（NAhomo）、异核型（Hetero）和欧洲未融合同核型（EUhomo）。分配给NAhomo群体的个体在目标基因组区域内的MAF和杂合度显著降低（主要在Ssa08 < 8 Mb），这与染色体融合相关的重组抑制一致。相比之下，Hetero群体中的个体在同一区域内表现出升高的杂合度，而分类为EUhomo的个体具有未融合染色体的MAF和杂合度模式（图6）。这些模式与Wellband等人（2019年）和Lehnert等人（2019年）之前的观察结果一致，为推断的核型分配提供了独立的支持。

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图6. 塔斯马尼亚大西洋鲑鱼群体的局部次要等位基因频率（A）和杂合度（B），根据推断的核型群体*。
*TAS1：北美融合同核型（NAhomo）；TAS2：北美“中间”核型（NAinter）；TAS3：异核型（Hetero）；TAS4：欧洲“中间”核型（EUinter）；TAS5：欧洲未融合同核型（EUhomo）。

有趣的是，TAS2和TAS4群体显示出与其余群体不同的MAF和杂合度模式，支持将TAS群体分为五个群体进行fusion1。例如，NAhomo群体几乎拥有整个“Ssa08 < 8 Mb”异常块中的固定等位基因（MAF = 0），而同一块在TAS2——北美“中间”核型（NAinter）中仅部分固定。这种模式表明NAinter个体的亲本染色体中的异常块内发生了重组。对于TAS4，欧洲“中间”核型群体（EUinter），只有部分异常块表现出与Hetero群体相似的杂合度增加（图6）。

Ssa01p/Ssa23易位的PCA得分的高斯有限混合模型（图7）在塔斯马尼亚（TAS）群体中识别出三个不同的群体。基于BIC的模型选择支持一个解决方案，该解决方案具有所有群体中的八个群体和具有可变体积和相等形状但方向可变的协方差结构（VEV参数化；补充图S2）。根据这个最佳模型，TAS个体被分配到三个群体（TAS1-TAS3）。这些群体在TAS群体中的频率分别为TAS1-TAS3的586（74.9%）、177（22.6%）和19（2.4%）个个体（图7）。

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图7. 使用所有群体一起进行的PCA的前两个主成分（PC1和PC2）的得分图，对于Ssa01p/Ssa23易位。塔斯马尼亚群体（TAS1-TAS3）用不同颜色突出显示，挪威和加拿大样本被阴影处理以便更好地可视化TAS群体。

群体内的SNP摘要统计数据显示，TAS1、TAS3和TAS5群体分别对应于北美融合同核型（NAhomo）、异核型（Hetero）和欧洲未融合同核型（EUhomo）。分配给NAhomo群体的个体在目标基因组区域内的MAF和杂合度显著降低（主要在Ssa08 < 8 Mb），这与染色体融合相关的重组抑制一致。相比之下，Hetero群体中的个体在同一区域内表现出升高的杂合度，而分类为EUhomo的个体具有未融合染色体的MAF和杂合度模式（图6）。这些模式与Wellband等人（2019年）和Lehnert等人（2019年）之前的观察结果一致，为推断的核型分配提供了独立的支持。

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图6. 塔斯马尼亚大西洋鲑鱼群体的局部次要等位基因频率（A）和杂合度（B），根据推断的核型群体*。
*TAS1：北美融合同核型（NAhomo）；TAS2：北美“中间”核型（NAinter）；TAS3：异核型（Hetero）；TAS4：欧洲“中间”核型（EUinter）；TAS5：欧洲未融合同核型（EUhomo）。

有趣的是，TAS2和TAS4群体显示出与其余群体不同的MAF和杂合度模式，支持将TAS群体分为五个群体进行fusion1。例如，NAhomo群体几乎拥有整个“Ssa08 < 8 Mb”异常块中的固定等位基因（MAF = 0），而在TAS2——北美“中间”核型（NAinter）中，同一块仅部分固定。这种模式表明NAinter个体的亲本染色体中的异常块内发生了重组。对于TAS4，欧洲“中间”核型群体（EUinter），只有部分异常块表现出与Hetero群体相似的杂合度增加（图6）。

Ssa01p/Ssa23易位的PCA得分的高斯有限混合模型（图7）在塔斯马尼亚（TAS）群体中识别出三个不同的群体。基于BIC的模型选择支持一个解决方案，该解决方案具有所有群体中的八个群体和具有可变体积和相等形状但方向可变的协方差结构（VEV参数化；补充图S2）。根据这个最佳模型，TAS个体被分配到三个群体（TAS1-TAS3）。这些群体在TAS群体中的频率分别为TAS1-TAS3的586（74.9%）、177（22.6%）和19（2.4%）个个体（图7）。

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图7. 使用所有群体一起进行的PCA的前两个主成分（PC1和PC2）的得分图，对于Ssa01p/Ssa23易位。塔斯马尼亚群体（TAS1-TAS3）用不同颜色突出显示，挪威和加拿大样本被阴影处理以便更好地可视化TAS群体。

与fusion1相比，易位的群体内的MAF和杂合度轮廓差异不那么明显。尽管如此，异常块的一部分（Ssa23 < 9.5 Mb）在TAS1中表现出降低的杂合度，在TAS2中表现出增加的杂合度，支持它们分别对应于北美融合同核型（NAhomo）和异核型（Hetero）核型（图8）。Watson等人（2022年）报告了类似的模式，为推断的核型分配提供了独立的支持。TAS3的SNP摘要统计仅来自19个个体，因此不足以进行可靠的解释。因此，根据它们与NOR群体的遗传接近性，TAS3样本被分配到欧洲未融合同核型（EUhomo）（图7）。

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图8.塔斯马尼亚大西洋鲑鱼种群的局部次要等位基因频率（A）、杂合度（B）和成对连锁不平衡（C）通过推断的核型簇*进行分析，针对Ssa01p/Ssa23易位。*TAS1：北美融合同核型（NAhomo）；TAS2：异核型（Hetero）；TAS3：欧洲非融合同核型（EUhomo）。对于这两种重排（融合1和易位），使用定制的50 K SNP阵列进行基因分型的亲本样本的推断核型结果（即用于研究核型与性状关联的样本——见下一节）与之前描述的结果一致。亲本样本在融合1中也显示出五簇模式（补充图S5），而在易位中仅有少量样本（n = 3）被分类为非融合欧洲同核型（补充图S6）。与最初的一组基因分型SALTAS样本不同，亲本样本强烈显示出融合2（Ssa26/Ssa28）的多态性（补充图S7和S8）。有趣的是，对于这种重排，只有少数样本（3.3%）被推断为来自北美融合同核型，大多数（63.7%）被分类为欧洲非融合同核型。融合核型的低频率可能有助于解释为什么在最初的SALTAS基因型集合中没有检测到这种多态性。

3.2. 染色体结构变异与生产及适应性状的关联
除了观察到塔斯马尼亚大西洋鲑鱼中重排多态性的强烈证据外，我们还观察到染色体结构变异与适应性和生产性状之间存在关联。与欧洲同核型（EUhomo）相比，北美同核型（NAhomo）在抗阿米巴性鳃病（AGD）、海洋性成熟以及高热负荷下的夏季生长方面表现出更优越的遗传优势。对于其中一些性状，相反同核型之间的遗传差异超过了表型平均值的10%（图9）。

3.2.1 抗阿米巴性鳃病（AGD）：抗阿米巴性鳃病的遗传价值
3.2.2 肉质脂肪（FAT）：鱼片的脂肪含量
3.2.3 海洋性成熟（MATF(M)：淡水或海洋环境下的性成熟
3.2.4 （P）夏季存活率（SSUR）：夏季存活率
3.2.5 夏季生长（SUM(2)：在中等或高热负荷下的夏季生长
3.2.6 直接去内脏后的收获重量（WT）：直接去内脏后的鱼体重量

**注：** NAhomo和EUhomo之间的显著差异以表型平均值的百分比表示，位于相应性状缩写之上。负值表示EUhomo相对于NAhomo的优势，正值表示相反的情况。对于夏季存活率（PSUR），观察到的情况则相反，欧洲非融合（EUhomo）核型的表现优于NAhomo。在AGD、MATM、PSUR和SUM2方面，观察到相反同核型之间的显著差异，这表明融合1具有多效性（图9）。

3.2.2 对于融合2（Ssa26/Ssa28）的关联测试仅显示在抗阿米巴性鳃病（AGD）和高热负荷下的夏季生长方面存在显著差异（图10）。对于这两种性状，北美融合同核型优于欧洲非融合同核型，而杂合型的平均遗传价值处于中间水平。融合型相对于非融合型在AGD和SUM2方面的优势分别相当于表型平均值的25.3%和7.5%，并且这两种融合类型（Ssa08/Ssa29和Ssa26/Ssa28）都表现出这种优势。

3.3 染色体重排的分离
通过比较后代与其已知父母的核型状态来评估分离模式。由于后代的低密度（3 K）基因型数据有限，因此它们的推断核型是使用推断的50 K基因型得出的，这导致簇之间的不连续性降低（补充图S9）。当将后代的推断核型与其父母的推断核型进行比较时，我们观察到融合1遵循孟德尔遗传规律。例如，在146次北美融合同核型（NAhomo x NAhomo）之间的杂交中，所有后代（n = 7419）均为NAhomo。欧洲非融合同核型（EUhomo）也是如此，5次EUhomo父母之间的杂交仅产生了EUhomo后代（图12和补充图S10）。54次NAhomo和EUhomo核型之间的杂交产生了杂合子后代，而178次杂合子父母之间的杂交产生了来自五个不同簇的7749个后代。少数不符合孟德尔模式的后代核型（例如，被分类为NAinter的杂交‘NAhomo x EUhomo’）很可能是由于聚类过程错误分类的（图12和补充图S10）。

3.3.1 融合1的分离模式
在25次融合1的杂交组合中，有4次观察到性别比例失衡（补充表S1）。平均而言，57%的后代为雌性，但杂交组合‘NAhomo x NAinter’、‘EUinter x NAinter’、‘EUhomo x NAinter’和‘Hetero x EUhomo’产生的雌性比例分别为71%、75%、88%和74%。所有导致性别比例失衡的配对都倾向于雌性的优势，且大多数涉及NAinter母本，这表明NAinter雌性单倍型可能携带使雌性化的因素或以其他方式影响性别比例。

3.3.2 融合2的分离模式
对于融合2（Ssa26/Ssa28），推断的基因型分为三个簇（补充图S11），与50 K亲本基因型一致。被推断为来自北美融合（NAhomo）、杂合（Hetero）和欧洲非融合（EUhomo）核型的样本百分比分别为2.2%、31.1%和66.7%。融合2也表现出孟德尔遗传模式，其中欧洲核型之间的杂交产生了欧洲后代，北美和欧洲核型之间的杂交产生了杂合子后代，而杂合子之间的杂交产生了来自三个不同簇的后代（补充图S12）。对于融合2的任何杂交组合，均未观察到性别比例失衡。

3.4 讨论
尽管染色体结构变异已被证明与适应性有关，但其在育种方案中用于提高遗传增益的潜力尚未得到探索。SNP是育种方案中使用的主要基因组信息类型，然而大的结构多态性可能直接影响性状变异，并有助于选择具有优越表现的动物和植物。我们发现，在野生北美种群中检测到的染色体结构变异也在养殖的塔斯马尼亚大西洋鲑鱼中存在分离现象。需要强调的是，我们并没有对整个基因组进行局部PCA分析。相反，我们的分析明确针对之前研究中广泛记录的三种主要染色体重排（CAN1：Watson等人，2022年；CAN2：Lehnert等人，2019年；CAN3：Wellband等人，2019年）。对于每种重排，我们重新分析了这些已发表研究中使用的原始数据集并再现了它们的聚类模式。这种一致性强烈支持我们在塔斯马尼亚种群中观察到的模式反映了相同的潜在重排，而不是选择或其他由地理隔离引起的遗传机制。我们对融合1（Ssa08/Ssa29）和易位（Ssa01p/Ssa23）的发现与早期关于加拿大大西洋鲑鱼种群中这些重排多态性的研究结果一致（Wellband等人，2019年；Lehnert等人，2019年；Watson等人，2022年）。我们还在塔斯马尼亚大西洋鲑鱼种群中观察到了Ssa26和Ssa28（融合2）染色体的融合多态性，这在北美种群中并不常见——除非使用直接检测方法（如细胞遗传学方法）的研究（Brenna-Hansen等人，2012年）。

我们用来检测染色体结构变异的间接方法依赖于重排区域的重组抑制（Ishigohoka等人，2024年）。在我们的研究中，由于后代基因型是通过推断获得的，因此没有直接从父母-后代基因型估计重组率。尽管内部评估表明无论使用欧洲还是北美参考组装，平均推断准确性都很高（数据未显示），但我们仍对潜在的局部偏差保持谨慎。特别是，我们并不完全确信推断基因型在染色体重排附近的基因组区域能够提供无偏的重组估计。这可能有助于解释使用推断的3 K基因型（补充图S9）与50 K基因型（补充图S5）相比，融合1的PC图中的簇间不连续性降低。

尽管我们使用的间接方法在检测染色体重排方面被证明是有效的（Ma和Amos，2012年；Cáceres和González，2015年；Hanlon等人，2022年），但建议使用基于长读长测序的直接检测方法进行补充研究，以提高我们发现的准确性和分辨率（Mérot等人，2020年）。长读长测序数据还有助于理解我们在TAS种群中观察到的独特五簇模式的遗传机制。为了调查五簇模式是否是由鲑鱼基因组的自体多倍体化引起的，我们检查了与Ssa08染色体具有同源区域的Ssa04染色体的MAF和SNP杂合度（Gundappa等人，2022年）。与Ssa08不同，融合1的五个TAS簇在Ssa04的MAF和杂合度方面表现出相似的模式（补充图S15），这表明SNP阵列的探针足够特异，可以区分Ssa04和Ssa08的同源区域。

在融合1的一些杂交组合中观察到性别比例失衡，主要涉及NAinter母本。这种模式强烈表明NAinter雌性单倍型与雌性后代比例之间存在关联，但需要进一步证据来确认NAinter母本是否确实携带使雌性化的因素，或者这种失衡是由母体效应、上位性或性别特异性生存差异引起的。有趣的是，参与融合1的染色体（Ssa08和Ssa29）在之前的鲑鱼研究中尚未被确定为性别决定的候选基因（Lubieniecki等人，2015年；Kijas等人，2018年；Gabián等人，2019年；Ayllon等人，2020年；Moghadam等人，2023年）。鲑鱼的性别决定在遗传上非常复杂，部分由sdY（Y染色体上的性别二态性）基因决定，该基因已在大西洋鲑鱼的多个染色体上定位。遗传性别标记与表型性别之间的不一致已被观察到，并归因于常染色体sdY假基因（Ayllon等人，2020年）。建议进行全基因组测序和转录组学研究，以探讨Ssa08/Ssa29重排与该不一致性之间的可能关联。染色体结构变异，特别是Ssa08/Ssa29融合，与多种适应性和生产性状的遗传表现差异显著相关，包括对阿米巴鳃病的抵抗力、存活率、性成熟以及夏季生长。在某些情况下，相反同核型之间的遗传优势超过了表型平均值的10%。Watson等人（2022年）也在野生加拿大大西洋鲑鱼种群中发现了温度与欧洲或北美核型频率之间的关联证据，表明这种重排对热耐受性具有影响。遗憾的是，由于“欧洲型”样本数量不足，我们无法在研究中比较这两种核型的差异，但杂合子相对于北美核型在夏季生长性状上的优势表明我们的结果与Watson等人的研究结果一致，他们发现暴露于较高温度的种群中北美核型的频率较低。值得注意的是，在塔斯马尼亚大西洋鲑鱼种群中，融合1和融合2重排的情况则相反，北美核型在高热负荷下具有更强的夏季生长优势。

染色体重排的功能后果仍不完全清楚，但一种推测性的解释是，融合核型由于抑制了重组作用，可能促进了原本独立分离的等位基因的有益组合，使其紧密连锁并共同遗传（Charlesworth, 1985; Guerrero and Kirkpatrick, 2014）。此外，染色体的结构改变可能会影响其三维核组织，从而改变连锁基因之间的核位置和相互作用动态，进而对多种遗传过程产生功能影响（Dobigny et al., 2017）。无论涉及何种生物学机制，值得注意的是，本研究中观察到的关联并未在使用相同数据集进行的全基因组关联研究（GWAS）中得到体现（Carvalheiro et al., 2025a, Carvalheiro et al., 2025b）。例如，在抗阿米巴鳃病（AGD）方面，NAhomo相对于EUhomo的遗传优势占表型平均值的17.5%，而在GWAS中，主要SNP位于未参与融合1重排的染色体（Ssa15）上，仅解释了0.7%的遗传变异（Carvalheiro et al., 2025a）。这一差异进一步证实了紧密连锁等位基因组合在解释表型与染色体结构变异关联中的作用。这也强烈表明，结构变异代表了目前仅依赖SNP检测基因组变异的育种方案所忽略的潜在性状变异来源。需要强调的是，尽管我们在关联分析中使用的GEBVs是基于加性遗传模型计算的，但由于在结构化育种群体中难以将遗传变异分解为加性和非加性成分，它们可能也捕捉到了非加性效应（Vitezica et al., 2013; Mu?oz et al., 2014）。因此，融合区域中的上位效应可能是解释表型与染色体结构变异关联的合理现象。

融合1重排中未融合（EUhomo）核型相对于融合（NAhomo）核型在存活性状上的优势与染色体数目增加可能提高适应不同环境能力（生存率）的假设一致（Makhrov, 2017; Phillips and Rab, 2001）。这种优势也可能由融合区域中不利等位基因组合及重组抑制所解释，这会导致该区域对受融合/连锁区域有利（AGD、MATM和SUM2）和不利（PSSUR）的性状产生多效性影响。然而，先前的数量遗传分析并未发现SALTAS种群中抗阿米巴鳃病与存活性状之间存在遗传拮抗（Carvalheiro et al., 2025a）。因此，建议重新进行考虑非加性遗传效应和染色体结构变异的定量分析，以更好地理解这些复杂性状的遗传机制（这是我们未来研究的目标）。

没有一种核型在所有性状上都表现出优势。例如，某些核型有利于存活，而另一些则有利于生长，这表明不同重排配置之间存在适应性和生产性状的潜在权衡。这些发现对于旨在同时提升生产性和存活性状的选育计划具有重要意义。由于我们还观察到后代核型是可以预测的，育种者可以根据育种目标战略性地设计选择和交配计划，以促进有利核型的出现或保持核型多样性。将核型信息整合到多目标优化框架中（如用于最优贡献和配对分配的过程，参见Sánchez-Molano et al., 2016; Wang et al., 2017; Gorjanc and Hickey, 2018），可以提供一种自然有效的方法来管理生产性和存活性状的权衡，同时保持遗传多样性。这种方法认识到没有一种核型是普遍优越的，并利用了不同染色体结构配置的特定优势。通过纳入染色体结构变异数据（针对具有核型多态性的种群），育种计划可以更有效地保留有益的等位基因组合，并最终利用持续的上位相互作用，从而提高复杂性状的遗传增益。

**结论**：
有强有力的证据表明，在野生北美种群中检测到的染色体结构变异也在养殖的塔斯马尼亚大西洋鲑鱼中存在，并且这些变异与重要的适应性和生产性状显著相关。观察到的染色体重排遗传模式及其显著关联表明，选育计划可以利用核型信息来提高复杂性状的遗传增益。

**作者贡献声明**：
Roberto Carvalheiro：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学、研究、数据分析、概念化。
Wagdy Mekkawy：撰写 – 审稿与编辑、方法学、概念化。
Timothy D.W. Luke：撰写 – 审稿与编辑、方法学、概念化。
Brad S. Evans：撰写 – 审稿与编辑、方法学、概念化。
Curtis E. Lind：撰写 – 原始草稿撰写、项目管理、方法学、资金获取、概念化。
James Kijas：撰写 – 审稿与编辑、方法学、概念化。