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▲團(tuán)隊(duì)成員研究青蟹新品種抱卵狀況。

▲青蟹成蟹?馬凌波供圖

■本報(bào)記者 張晴丹

作為我國(guó)兩大海水養(yǎng)殖蟹之一，青蟹市場(chǎng)需求與日俱增，這也使育種創(chuàng)新更加迫切。但由于缺乏高質(zhì)量基因組圖譜，分子輔助育種進(jìn)展一直相對(duì)緩慢。

近日，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)東海所）研究員馬凌波團(tuán)隊(duì)與中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院生物中心研究員李炯棠團(tuán)隊(duì)合作，成功破譯擬穴青蟹（以下簡(jiǎn)稱(chēng)青蟹）基因組染色體圖譜，獲得國(guó)際首個(gè)高質(zhì)量的青蟹基因組參考圖譜。研究成果在《分子生態(tài)資源》在線發(fā)表。

這是團(tuán)隊(duì)在獲得青蟹高密度遺傳連鎖圖譜以及成功選育生長(zhǎng)速度提高15%的7代品系后的另一重大進(jìn)展，為青蟹新品種選育奠定了重要基礎(chǔ)。

青蟹養(yǎng)殖業(yè)遭遇瓶頸

青蟹因味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富而深受我國(guó)消費(fèi)者喜愛(ài)，主要分布在長(zhǎng)江以南沿海地區(qū)。2019年我國(guó)青蟹養(yǎng)殖產(chǎn)量為16.06萬(wàn)噸，養(yǎng)殖面積約2.4萬(wàn)公頃，是我國(guó)養(yǎng)殖規(guī)模最大的海水蟹類(lèi)之一。

早在1890年，廣東虎門(mén)就開(kāi)始出現(xiàn)青蟹的人工養(yǎng)殖，迄今已有一百多年歷史。青蟹生長(zhǎng)速度快，苗種經(jīng)3個(gè)月養(yǎng)殖即可達(dá)到上市規(guī)格，經(jīng)5個(gè)月養(yǎng)殖可達(dá)到500克以上，而且成蟹耐干露能力強(qiáng)，離水可存活7天以上，便于市場(chǎng)流通。因此青蟹養(yǎng)殖面積越來(lái)越大。青蟹養(yǎng)殖業(yè)逐漸地形成了一些品牌，并且知名度漸長(zhǎng)。目前已經(jīng)有“三門(mén)青蟹”“和樂(lè)蟹”和“臺(tái)山青蟹”等國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品。

“青蟹價(jià)格逐年增長(zhǎng)，平時(shí)價(jià)格一般每斤60~80元，節(jié)日期間達(dá)到每斤100多元以上。不過(guò)青蟹養(yǎng)殖產(chǎn)量并不高，畝產(chǎn)普遍只有不到25公斤，成品蟹在消費(fèi)市場(chǎng)經(jīng)常供不應(yīng)求，每年需從國(guó)外進(jìn)口約10萬(wàn)噸，青蟹產(chǎn)業(yè)具有較高的增長(zhǎng)前景。”論文共同通訊作者馬凌波在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)介紹。

馬凌波指出，除了養(yǎng)殖技術(shù)和管理的問(wèn)題，缺乏生長(zhǎng)快、抗逆性強(qiáng)的品種是限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。

目前，我國(guó)青蟹養(yǎng)殖業(yè)所用的苗種主要來(lái)自未經(jīng)選育的海區(qū)幼蟹或者利用野生親蟹經(jīng)人工繁育的幼蟹?！斑@些苗種存在規(guī)格不整齊、遺傳背景不清晰、對(duì)人工環(huán)境的適應(yīng)性差、生長(zhǎng)速度緩慢、容易攜帶病原菌等問(wèn)題?！瘪R凌波說(shuō)。

總的來(lái)說(shuō)，缺乏優(yōu)良的養(yǎng)殖新品種已經(jīng)成為制約青蟹養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸。

為尋找突破口，研究團(tuán)隊(duì)將目光聚焦到青蟹的基因組研究。他們堅(jiān)信，全基因組信息的解析，將為青蟹生長(zhǎng)發(fā)育和飼料高效利用、生殖和性別控制、抗病和抗逆等重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)基因或分子模塊的發(fā)掘以及遺傳改良，提供重要支撐。

蟹類(lèi)中質(zhì)量最高的“拼圖”

青蟹的基因組研究異常艱難。和魚(yú)類(lèi)相比，甲殼動(dòng)物的基因組非常復(fù)雜，是國(guó)際公認(rèn)比較難組裝的基因組。

“這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)甲殼動(dòng)物基因組雜合度高、染色體數(shù)目多，而且重復(fù)序列的比例高。比如青蟹的基因組重復(fù)序列比例就達(dá)到了35.79%，這給基因組組裝帶來(lái)了很大的難題?！闭撐牡谝蛔髡?、東海所博士趙明在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。

之前也有蟹類(lèi)基因組發(fā)布過(guò)，但是結(jié)果都不太理想。比如，中華絨螯蟹只有75%的基因組被還原，而三疣梭子蟹近半基因組仍未被組裝出來(lái)。

“做基因組有點(diǎn)像‘拼圖游戲’，如何把一個(gè)原本完整卻被撕碎的圖片再度拼接，是一份非常難的工作。撕得越碎，‘拼圖’還原的困難就越大?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡呃罹继母嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

為此，他們采用了混合測(cè)序和復(fù)合組裝策略，對(duì)測(cè)序的結(jié)果進(jìn)行組裝和分析，最終完成了青蟹全基因組組裝，獲得了覆蓋預(yù)測(cè)基因組大小95.1%的組裝結(jié)果。

“與已發(fā)表的三疣梭子蟹和中華絨螯蟹基因組圖譜相比，我們這個(gè)圖譜無(wú)論是覆蓋度、連續(xù)性還是基因完整性都是最好的，也是目前蟹類(lèi)中質(zhì)量最高的基因組數(shù)據(jù)?！壁w明說(shuō)。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因組水平的進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，與青蟹親緣關(guān)系最近的是三疣梭子蟹，兩者在42.51百萬(wàn)年前分化。青蟹、三疣梭子蟹和中華絨螯蟹在染色體水平具有多次復(fù)制或融合事件。

對(duì)種群歷史結(jié)構(gòu)研究也是團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重要任務(wù)。他們分析發(fā)現(xiàn)，青蟹的有效群體大小在更新世末期經(jīng)歷了一次瓶頸期，種群曾出現(xiàn)急劇下降。冰期過(guò)后，隨著氣候變暖，種群又逐漸恢復(fù)、擴(kuò)張。這些都與歷史地理事件相吻合。

科研人員一直很好奇視覺(jué)光反應(yīng)在整個(gè)生物學(xué)進(jìn)化中的機(jī)制是什么?！拔覀儗?duì)個(gè)別基因家族進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，青蟹相對(duì)于對(duì)蝦在視覺(jué)方面呈現(xiàn)出相反的進(jìn)化路徑，青蟹的視覺(jué)基因數(shù)目明顯在減少，而且在幼體發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，這是青蟹的一大特色?！崩罹继恼f(shuō)。

輔助選育，新品系推廣效果顯著

有了青蟹基因組的高清“拼圖”后，研究人員可以做更多事情。

“我們可以通過(guò)這個(gè)基因組圖譜解析不同地理品種之間的差異性，比如膏黃多少、生長(zhǎng)性狀有何不同等?！崩罹继谋硎?，一旦把影響這些性狀的分子標(biāo)記定位完成后，我們就能篩選優(yōu)良的性狀。把這些優(yōu)良基因富集起來(lái)，以后就可以獲得更多高產(chǎn)、多抗的新品種。

20多年來(lái)，東海所青蟹遺傳育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)青蟹種質(zhì)研究與苗種繁育技術(shù)進(jìn)行了持續(xù)攻關(guān)。目前，他們?cè)谟H本越冬保種技術(shù)、抱卵蟹孵化關(guān)鍵環(huán)節(jié)調(diào)控、苗種人工繁育規(guī)范、養(yǎng)殖示范模式等方面取得了系統(tǒng)性突破。

2013年，研究團(tuán)隊(duì)以海南?？诩t樹(shù)林和海南文昌共650只雌蟹作為基礎(chǔ)群。按5%左右留種率，每年選擇1500~2000只交尾后的雌蟹進(jìn)行越冬。次年繼續(xù)開(kāi)展試驗(yàn)，到2018年已經(jīng)連續(xù)選育了5代，形成了特征明顯、性狀穩(wěn)定的青蟹新品系“東方1號(hào)”。

同等條件下，與野生商品苗種相比，“東方1號(hào)”新品系具有生長(zhǎng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)選育5代后，體重比對(duì)照提高17.06%，成活率提高20.21%。該新品系已累計(jì)示范養(yǎng)殖約3000多畝。

“通過(guò)技術(shù)改進(jìn)與集成，目前選育品系已培育到第7代，新品系親本越冬后抱卵率提高到40%以上。同等條件下，與野生苗種相比，新品系具有生長(zhǎng)速度快、成活率高的優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)生長(zhǎng)速度比野生苗種提高15%以上?！瘪R凌波介紹，這個(gè)新品系青蟹三個(gè)月甚至可以長(zhǎng)到1斤左右，有很好的應(yīng)用前景。

值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)已建立優(yōu)質(zhì)苗種穩(wěn)定供應(yīng)體系。近4年累計(jì)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)青蟹苗種1500萬(wàn)只以上，新品系苗種先后在浙江寧海、福建霞浦、上海崇明與金山、甘肅蘭州、寧夏銀川、河北唐山等地開(kāi)展養(yǎng)殖試驗(yàn)。這些苗種在不同地區(qū)表現(xiàn)出適應(yīng)能力強(qiáng)、生長(zhǎng)速度快的優(yōu)良性狀，示范推廣效果顯著。

馬凌波認(rèn)為，青蟹的基因組解析是一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，必將有力推動(dòng)青蟹的分子選育進(jìn)程以及甲殼動(dòng)物學(xué)的研究，促進(jìn)相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/1755-0998.13332