基因组育种技术翻开海水鱼类育种新篇章

        目前，解决好渔业发展和生态环境保护之间的矛盾是当务之急，国家大力控制海洋捕捞的同时，促进了海洋鱼类养殖业的快速发展，这个产业在未来相当一段时间内有着广阔的发展空间和前景。
 
        瞄准产业需求、用科技造福人类是中国水产科学研究院水产生物技术领域首席科学家、黄海水产研究所（以下简称：黄海所）研究员陈松林一直以来追求的目标，他带领团队深耕以鲆鲽鱼类为主的海水鱼基因组育种技术，建立了鲆鲽鱼类基因组编辑技术平台，开辟了海水鱼类基因组选择育种新途径，为海水鱼类育种研究翻开了新篇章。
 
传统育种现弊端
 
　　随着养殖业不断发展，一代一代的繁衍，海水鱼出现了不同程度的种质退化、抗病力下降、疾病增多等问题，让养殖户利益受损，严重制约我国鱼类养殖业可持续发展。
 
　　“我国鱼类养殖中，病害问题是最突出的，每年因为病害造成的经济损失多达100多亿元。”陈松林在接受笔者采访时说。
 
　　近年，抗生素的过度使用对环境保护和消费者健康带来许多潜在威胁，因而日益受到限制。如何抵御病害威胁，成了鱼类养殖业发展的重中之重。
 
　　科学家们意识到，从提高养殖鱼类自身的抗病力、提高苗种养殖的成活率入手，是解决病害问题最根本的途径，而育种就是一把关键的“钥匙”。
 
　　鱼类育种的途径有很多，传统的育种方式主要是采用群体选育、雌核发育和杂交育种等。但是这些育种手段通常要经过好几代选择才能出成果，选育周期很长，让许多科研工作者望而却步。
 
　　不仅如此，传统育种技术的局限性也逐步显露，虽然该技术在生长性状选育上表现颇佳，但是对于抗病性状的选择却收效甚微。
 
　　具有敏锐眼光的陈松林，直接瞄准国际前沿的基因组技术，开启了海水鱼类基因组育种研究的现代育种技术之路。
 
牙鲆抗病新品种问世
 
        牙鲆鱼又称为比目鱼，因个体大、肉质鲜美、营养丰富而深受人们喜爱，是我国非常重要的海水养殖鱼类之一，其养殖业年产值达20多亿元。
 
        针对牙鲆生长较慢、缺乏高产良种等问题，从21世纪初，陈松林就开始进行牙鲆遗传改良育种研究，通过杂交和家系选育培育出“鲆优1号”牙鲆，这是我国鲆鲽鱼类新品种，满足了产业发展中快速生长、高产的需要。
 
        “不过，后来我们进一步调查发现，困扰牙鲆养殖业发展的病害越来越严重，主要病害是迟缓爱德华氏菌病等细菌性疾病，这对我们的育种科研提出了新要求。”团队中做牙鲆抗病基因组选择研究的刘洋博士告诉笔者。
 
        陈松林带领团队对多年来选育出的牙鲆抗迟缓爱德华氏菌病家系、不抗病家系、快速生长家系和慢速生长家系等进行了全基因组重测序，筛选出193万个SNP位点进行遗传效应分析，计算了个体的基因组育种值，建立了牙鲆全基因组选择技术。之后，他们采用该技术培育出抗病新品种“鲆优2号”牙鲆，并通过了全国水产原种和良种审定委员会的审定，获得新品种证书。
 
        “‘鲆优2号’新品种具有抗感染能力强、养殖存活率高且生长较快的优点，在相同养殖条件下，‘鲆优2号’与普通牙鲆相比，养殖存活率和日增重提高20%左右。”刘洋介绍。
 
        陈松林表示，“鲆优2号”是基因组选择技术应用于鱼类抗病良种培育的一个成功实例，这在我国鱼类育种领域是一个开创性的研究，为鱼类抗病高产良种培育提供了新的技术手段，在水产养殖动物抗病高产良种培育和种业中具有重要应用价值和广阔推广前景。
 
基因组编辑成新宠
 
　　基因组育种技术分为两种，除了针对抗病性状的全基因组选择技术之外，还有时下最火的基因组编辑技术，就是对基因组进行定点修饰的一种分子技术，在基因功能分析和基因工程育种方面具有重大意义和应用价值。
 
　　“由于海水鱼类是浮性卵，很不好操作。胚胎显微注射的困难，极大限制了基因组编辑技术在海水养殖鱼类上的应用。”团队中做半滑舌鳎基因组编辑研究的崔忠凯博士在接受笔者采访时表示。
 
        他们选择了目前发现的雌雄生长差异的鱼类之一，半滑舌鳎开展研究，这也是我国重要的海水养殖鱼类，其雌性个体比雄性个体大2～4倍，这种“怪象”对科研人员来说是一个很好的生物学现象，极具吸引力。
 
        近五年，陈松林带领团队以半滑舌鳎为材料，开展了胚胎显微注射和基因组编辑技术的研究。他们首先以GFP基因为标记基因建立了鲆鲽鱼类胚胎显微注射技术。其次，建立了半滑舌鳎基因组编辑技术，成功敲除了半滑舌鳎的雄性决定基因dmrt1，观察到dmrt1基因突变的雄鱼精巢发育受阻、出现类似卵巢结构。特别是观察到部分dmrt1基因敲除的雄鱼生长速度明显快于正常雄鱼，个体大小接近正常雌鱼。
 
        这项发现让他们兴奋不已，不仅进一步证明dmrt1基因是半滑舌鳎雄性决定基因，阐明了半滑舌鳎性别决定和分化机制，而且为建立鲆鲽鱼类基因组编辑育种技术奠定理论基础、提供技术手段。
 
        陈松林表示，在半滑舌鳎上建立的基因组编辑技术对于海水养殖鱼类基因功能分析技术平台的建立和基因组编辑育种技术的开发具有重要意义和应用前景。
 
        此外，半滑舌鳎存在性逆转现象，遗传雌性可以性反转为生理雄鱼（伪雄鱼），而伪雄鱼的后代95%以上都是长不大的雄鱼，从而导致普通苗种中的生理雌鱼比例往往不到20%，极大限制了半滑舌鳎养殖业的发展。
 
        陈松林领导团队率先筛选到半滑舌鳎雌性特异分子标记，建立了高雌性苗种制种技术，将生理雌鱼比例提高了20%以上，大大增加养殖产量，为半滑舌鳎养殖业提供了重要的技术支撑。“这项技术在产业中很受欢迎，已在沿海半滑舌鳎养殖场进行了规模化推广应用。”崔忠凯说。
 
        笔者了解到，牙鲆抗病新品种和半滑舌鳎基因组编辑技术取得成功后，国内越来越多的科研人员开始采用基因组育种技术对其他鱼类开展抗病品种等方面的研究工作。
 
        “鱼类基因组研究是朝阳学科，抗病鱼类良种培育是一大趋势，基因组选择技术和基因组编辑技术将会在鱼类良种培育上发挥巨大作用。很快就会有更多的鱼类新品种，通过基因组育种技术培育出来，为我国鱼类养殖业的绿色发展提供科技支撑。”陈松林说。