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海水魚基因組育種翻開新篇章

時間:2018/11/7 2:16:22

  核心提示:目前,解決好漁業發展和生態環境保護之間的矛盾是當務之急,國家大力控制海洋捕撈的同時,促進了海洋魚類養殖業的快速發展,這個產業在未來相當一段時間內有著廣闊的發展空間和前景。    瞄準產業需求、用科技造...



  目前,解決好漁業發展和生態環境保護之間的矛盾是當務之急,國家大力控制海洋捕撈的同時,促進了海洋魚類養殖業的快速發展,這個產業在未來相當一段時間內有著廣闊的發展空間和前景。

  
  瞄準產業需求、用科技造福人類是中國水產科學研究院水產生物技術領域首席科學家、黃海水產研究所(以下簡稱黃海所)研究員陳松林一直以來追求的目標,他帶領團隊深耕以鲆鰈魚類為主的海水魚基因組育種技術,建立了鲆鰈魚類基因組編輯技術平臺,開辟了海水魚類基因組選擇育種新途徑,為海水魚類育種研究翻開了新篇章。
  
  傳統育種現弊端
  
  隨著養殖業不斷發展,一代一代的繁衍,海水魚出現了不同程度的種質退化、抗病力下降、疾病增多等問題,讓養殖戶利益受損,嚴重制約我國魚類養殖業可持續發展。
  
  “我國魚類養殖中,病害問題是最突出的,每年因為病害造成的經濟損失多達100多億元。”陳松林在接受《中國科學報》記者采訪時說。
  
  近年來,抗生素的過度使用對環境保護和消費者健康帶來許多潛在威脅,因而日益受到限制。如何抵御病害威脅,成了魚類養殖業發展的重中之重。
  
  科學家們意識到,從提高養殖魚類自身的抗病力、提高苗種養殖的成活率入手,是解決病害問題最根本的途徑,而育種就是一把關鍵的“鑰匙”。
  
  魚類育種的途徑有很多,傳統的育種方式主要是采用群體選育、雌核發育和雜交育種等。但是這些育種手段通常要經過好幾代選擇才能出成果,選育周期很長,讓許多科研工作者望而卻步。
  
  不僅如此,傳統育種技術的局限性也逐步顯露,雖然該技術在生長性狀選育上表現頗佳,但是對于抗病性狀的選擇卻收效甚微。
  
  具有敏銳眼光的陳松林,直接瞄準國際前沿的基因組技術,開啟了海水魚類基因組育種研究的現代育種技術之路。
  
  牙鲆抗病新品種問世
  
  牙鲆魚又稱為比目魚,因個體大、肉質鮮美、營養豐富而深受人們喜愛,是我國非常重要的海水養殖魚類之一,其養殖業年產值達20多億元。
  
  針對牙鲆生長較慢、缺乏高產良種等問題,從21世紀初,陳松林就開始進行牙鲆遺傳改良育種研究,通過雜交和家系選育培育出“鲆優1號”牙鲆,這是我國鲆鰈魚類首個新品種,滿足了產業發展中快速生長、高產的需要。
  
  “不過,后來我們進一步調查發現,困擾牙鲆養殖業發展的病害越來越嚴重,主要病害是遲緩愛德華氏菌病等細菌性疾病,這對我們的育種科研提出了新要求。”團隊中做牙鲆抗病基因組選擇研究的劉洋博士告訴記者。
  
  陳松林帶領團隊對多年來選育出的牙鲆抗遲緩愛德華氏菌病家系、不抗病家系、快速生長家系和慢速生長家系等進行了全基因組重測序,篩選出193萬個SNP位點進行遺傳效應分析,計算了個體的基因組育種值,建立了牙鲆全基因組選擇技術。
  
  之后,他們采用該技術培育出抗病新品種“鲆優2號”牙鲆,并通過了全國水產原種和良種審定委員會的審定,獲得新品種證書。
  
  “‘鲆優2號’新品種具有抗感染能力強、養殖存活率高且生長較快的優點,在相同養殖條件下,‘鲆優2號’與普通牙鲆相比,養殖存活率和日增重提高20%左右。”劉洋介紹。
  
  陳松林表示,“鲆優2號”是基因組選擇技術應用于魚類抗病良種培育的一個成功實例,這在我國魚類育種領域是一個開創性的研究,為魚類抗病高產良種培育提供了新的技術手段,在水產養殖動物抗病高產良種培育和種業中具有重要應用價值和廣闊推廣前景。
  
  基因組編輯成新寵
  
  基因組育種技術分為兩種,除了針對抗病性狀的全基因組選擇技術之外,還有時下最火的基因組編輯技術,就是對基因組進行定點修飾的一種分子技術,在基因功能分析和基因工程育種方面具有重大意義和應用價值。
  
  “由于海水魚類是浮性卵,很不好操作。胚胎顯微注射的困難,極大限制了基因組編輯技術在海水養殖魚類上的應用。”團隊中做半滑舌鰨基因組編輯研究的崔忠凱博士在接受記者采訪時表示。
  
  他們選擇了目前發現的雌雄生長差異最大的魚類之一 ——半滑舌鰨開展研究,這也是我國重要的海水養殖魚類,其雌性個體比雄性個體大2~4倍,這種“怪象”對科研人員來說是一個很好的生物學現象,極具吸引力。
  
  近5年來,陳松林帶領團隊以半滑舌鰨為材料,開展了胚胎顯微注射和基因組編輯技術的研究。
  
  他們首先以GFP基因為標記基因建立了鲆鰈魚類胚胎顯微注射技術。其次,建立了半滑舌鰨基因組編輯技術,成功敲除了半滑舌鰨的雄性決定基因dmrt1,觀察到dmrt1基因突變的雄魚精巢發育受阻、出現類似卵巢結構。特別是觀察到部分dmrt1基因敲除的雄魚生長速度明顯快于正常雄魚,個體大小接近正常雌魚。
  
  這項發現讓他們興奮不已,不僅進一步證明dmrt1基因是半滑舌鰨雄性決定基因,闡明了半滑舌鰨性別決定和分化機制,而且為建立鲆鰈魚類基因組編輯育種技術奠定理論基礎、提供技術手段。
  
  陳松林表示,在半滑舌鰨上建立的基因組編輯技術對于海水養殖魚類基因功能分析技術平臺的建立和基因組編輯育種技術的開發具有重要意義和應用前景。
  
  此外,半滑舌鰨存在性逆轉現象,遺傳雌性可以性反轉為生理雄魚(偽雄魚),而偽雄魚的后代95%以上都是長不大的雄魚,從而導致普通苗種中的生理雌魚比例往往不到20%,極大限制了半滑舌鰨養殖業的發展。
  
  陳松林領導團隊率先篩選到半滑舌鰨雌性特異分子標記,建立了高雌性苗種制種技術,將生理雌魚比例提高了20%以上,大大增加養殖產量,為半滑舌鰨養殖業提供了重要的技術支撐。“這項技術在產業中很受歡迎,已經在沿海半滑舌鰨養殖場進行了規模化推廣應用。”崔忠凱說。
  
  記者了解到,牙鲆抗病新品種和半滑舌鰨基因組編輯技術取得成功后,國內越來越多的科研人員開始采用基因組育種技術對其他魚類開展抗病品種等方面的研究工作。
  
  “魚類基因組研究是朝陽學科,抗病魚類良種培育是一大趨勢,基因組選擇技術和基因組編輯技術將會在魚類良種培育上發揮巨大作用。很快就會有更多的魚類新品種,通過基因組育種技術培育出來,為我國魚類養殖業的綠色發展提供科技支撐。”陳松林說。

作者:張晴丹 來源:中國科學報
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