Correlation between single nucleotide polymorphism from IGF-1 gene with body weight gain of the Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and Rainbow trout (Oncorhynchus mykiss)

Abstract

Production and consumption of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) have been growing. Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) is a hormone that affects animal weight. Traditional breeding combined with molecular marker technology-assisted selective breeding has long been used to cultivate new fish strains and produce high-quality Nile tilapia. Moreover, molecular markers or genes related to important economic traits can be identified with the help of molecular-assisted selection breeding. Total of 152 fish fin samples were collected from Janghang fish fam and classified according to their weight and sex (good male-35, bad male-35, medium male-12, good female-35, and bad female-35). Total of 9 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were identified in the Nile tilapia IGF-1 gene in this study. One SNP was located in the promoter region, three in the 5'-UTR, and five in the 3'-UTR. Effective GBFs（Genotype Blocks of IGF-1 genes） were selected by analyzing the correlation between body weight and GBFs. These molecular marker findings will facilitate the improvement of the Nile tilapia species in the future and enable the selection of fast-growing new strains, shorten the breeding cycle, achieve maximum economic benefits, and realize the important economic traits of tilapia. The best combination and strengthened tilapia breeding technology system provides a reference for molecular genetics. Such a breeding program also provide a guarantee and basis for the future protection of species diversity, improving food and nutrition safety, and ensuring high-quality species breeding. Traditional rainbow trout breeding techniques, such as SNP, contribute to the cultivation of rainbow trout species. In this study, 28 male fishes, 237 female fishes, and 265 rainbow trout were used for genetic sample collection. We found two SNPs located in terminal 3'-UTR. In this study, we found a total of 10 genotypes. Due to the small number of male samples, these genotypes also appeared in female fish and existed at the same time. By analyzing the correlation between body weight and GBFs, select effective GBFs. Choose fast-growing new species, shorten the breeding cycle, realize the greatest economic benefits, and realize the important economic traits of rainbow trout. The excellent rainbow trout breeding technology system provides a reference for molecular genetics. It also provides a guarantee and basis for future human protection of species diversity, food and nutrition security, and selection of high-quality species for breeding. | 틸라피아는 전 세계적으로 양식되고 있는 여러 시클리드 종 중의 한 어종으로, 1990년 379,169톤에서 2020년 6,100,719톤으로 전 세계 연간 생산량이 지속적으로 증가하고 있다. 다양한 양식 틸라피아 어종 중에서도 아프리카 북부가 원산지인 나일 틸라피아 (Nile tilapia, Oreochromis niloticus)는 양식에 가장 많이 사용되는 어종이며, 2020년에 4,514,615톤이 생산된 나일 틸라피아는 현재 전 세계에서 초어 (Grass carp, Ctenopharyngodon idellus; 5,791,541톤)와 백련어 (Siver carp, Hypophthalmichthys molitrix; 4,896,611톤)에 이어 세 번째로 많이 양식되는 어종으로 알려져 있다. 인슐린-유사 성장인자-1 (Insulin-like growth factor-1, IGF-1)은 동물의 성장과 체중에 영향을 주는 호르몬으로 알려져 있다. 고품질의 나일 틸라피아를 생산하기 위하여 전통적인 육종(Traditional breeding)과 분자표지 기술 적용의 선택적 육종 (Molecular marker technology-assisted selective breeding)을 결합한 기술은 새로운 어종을 육성하는 효과적인 방법으로 현재 사용되고 있다. 또한, 분자표지 기술 적용의 선택적 육종을 통해 어종의 중요한 경제적인 특성과 관련된 분자 마커 또는 유전자를 식별할 수 있다. 따라서, 이 연구에서 장항어장의 총 152 마리 나일 틸라피아 지느러미 시료를 채취하였고, 그리고 각 개체의 몸무게와 성별에 따라 분류하였으며 (우수 수컷, 35미; 불량 수컷, 35미; 중간 수컷, 12미; 우수 암컷, 35미; 불량 암컷, 35미), 이로부터 나일 틸라피아 IGF-1 유전자에서 총 9개의 단일염기다형성(Single nucleotide polymorphisms, SNP)이 확인되었다. 인슐린-유사 성장인자-1 유전자에서 이들 SNP들 중에, 1개의 SNP는 프로모터 (promoter) 영역에, 3개의 SNP는 5’-UTR (Untranslated Region)에, 그리고 5개의 SNP는 3’-UTR에 위치하였다. 그리고, 이들 SNP들과 나일 틸라피아의 중량과의 상관성을 분석하여, 최종적으로 이들 결과로부터 유효한 4개의 GBFs (Genotype Blocks of IGF-1 genes)를 선택하여 최종 분석하였다. 본 연구의 목적은 분자표지를 이용하여 나일틸라피아 품종을 개량하고, 성장이 빠른 신품종을 선별하여 육종 주기를 단축하고, 경제적 효율을 최대한으로 실현하여, 최종적으로 나일틸라피아 품종의 중요한 경제적 형질을 실현하는 것에 있다. 전통적인 무지개송어 품종 육종 양식법에서 SNP와 같은 기술의 적용은 속 성장의 무지개송어 육종의 연구에도 도움이 된다. 이와 같은 분석을 위하여, 총 무지개송어의 수컷 28마리와 암컷 237마리, 총 265마리의 무지개송어 샘플들이 이 연구를 위하여 사용되었다. 그 결과, 3‘-UTR에서 한 개의 유전자형을 포함하여, 총 10개의 유전자형을 이 연구에서 발견했다. 수컷 샘플 수가 적었기 때문에 이러한 유전자형은 암컷 물고기에서도 동시에. 이결과로부터 체중과 GBF의 상관관계를 분석하여 효과적인 GBF들을 선택하여 분석하였다. 이는 빠르게 성장하는 새로운 종을 선택하고, 번식 주기를 단축할 뿐만 아니라, 가장 큰 경제적 이익을 실현할 수 있는 무지개 송어의 중요한 경제적 특성을 실현할 수 있는 유전자적 마커를 동정할 수 있도록 하였다. 이와 같은 연구는 우수한 무지개 송어 육종 기술 시스템은 분자유전학에 대한 효율적인 방법을 제공한다. 또한 미래 인류를 위한 종 다양성 보호, 식량 및 영양 안보, 어류양식을 위한 고품질 종 선택에 대한 보장 및 기반을 제공할 것으로 기대한다.