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李忠（右）在黃鱔苗種工廠化繁育車間考察。?課題組供圖

■本報記者 張晴丹

黃鱔是我國重要的淡水養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)魚類，因味道鮮美，且具有極高的營養(yǎng)價值，備受市場青睞。黃鱔作為一種“神奇”的生物也吸引著科研人員的目光，具有非常高的科學(xué)價值。

繼在黃鱔全人工規(guī)模化繁育方面取得成功后，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所（以下簡稱長江所）研究員李忠團(tuán)隊再獲突破，團(tuán)隊開展黃鱔基因組染色體圖譜研究，獲得了首個高質(zhì)量基因組參考圖譜。

近日，研究結(jié)果發(fā)表于《G3：基因—基因組—遺傳學(xué)》雜志。這項成果為黃鱔新品種加速選育奠定了重要基礎(chǔ)。

市場供不應(yīng)求，繁育進(jìn)展緩慢

黃鱔作為經(jīng)濟(jì)魚類，基礎(chǔ)產(chǎn)值每年超過200億元，是全面落實鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要抓手和助力。

但是，黃鱔養(yǎng)殖業(yè)一直依靠捕撈野生資源，人工繁殖技術(shù)瓶頸限制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著野生資源減少，產(chǎn)量逐年下降，2019年全國產(chǎn)量31.9萬噸。

“2020年，長江流域普發(fā)洪災(zāi)加之低溫影響，減產(chǎn)嚴(yán)重，商品價格一路暴漲，目前收購價格維持在100多元每公斤?！闭撐耐ㄓ嵶髡呃钪以诮邮堋吨袊茖W(xué)報》采訪時表示。

我國黃鱔研究起源于上世紀(jì)40年代。但黃鱔為穴居動物，其交配行為至今未為人知，而受精卵由親鱔吐泡沫孵化的特殊方式，前人也一直沒能找到合適的替代方法，繁育研究進(jìn)展緩慢，直到2019年6月才形成產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場驗收。

在李忠看來，人工繁育技術(shù)是開展其他學(xué)科研究的基礎(chǔ)，沒有繁育技術(shù)的突破提供足量同規(guī)格種苗，品種選育、營養(yǎng)、品質(zhì)等研究也都無法獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而不能有效開展相關(guān)工作。

同鰻鱺一樣，黃鱔規(guī)模化人工繁育是公認(rèn)的技術(shù)難題。從2013年開始，李忠用了7年完成全人工繁育技術(shù)體系構(gòu)建、完善和產(chǎn)業(yè)驗收，正式開啟了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之路。人工繁育技術(shù)體系的突破，使產(chǎn)業(yè)的主要矛盾轉(zhuǎn)換成是否有高品質(zhì)苗種推進(jìn)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

2016年，他開始了品種選育材料的積累，根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求調(diào)研，選定了“背部三條紋，腹部金黃色”的地方種大黃斑作為奠基群?！按簏S斑種具有長勢快、抗病性強、商品賣相好等特點?！崩钪艺f。

根據(jù)黃鱔自身懷卵量小的特性，人工繁育基本上都是采用傳統(tǒng)家系選育技術(shù)開展工作，目前李忠已經(jīng)選育到第三代，體色一致率達(dá)到了80%以上。不過，傳統(tǒng)選育又稱“眼球育種”，是一種以感官經(jīng)驗為主的選育策略，數(shù)據(jù)量化性差和育種周期長等缺點迫使科研人員尋求新的繁育技術(shù)。

圖譜提供指導(dǎo)，尋找基因靶點

我國非常重視種業(yè)安全，要提升種業(yè)水平、解決“卡脖子”問題，就必須實現(xiàn)優(yōu)良基因庫的構(gòu)建、原創(chuàng)理論的突破和技術(shù)體系的完善。常規(guī)繁育技術(shù)體系研發(fā)和品種選育策略，在特定歷史時期促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展則到了精準(zhǔn)育種階段。

分子標(biāo)記輔助育種和基因編輯育種是典型代表技術(shù)，育種目標(biāo)更精準(zhǔn)，育種周期更短，可以把經(jīng)驗指標(biāo)量化為數(shù)據(jù)指標(biāo)，迅速復(fù)制。不過，李忠意識到，進(jìn)行分子標(biāo)記輔助育種和基因編輯育種，都需要高質(zhì)量的基因組圖譜提供指導(dǎo)。為此，李忠?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊開展黃鱔基因組研究。

“我們采用了三代測序技術(shù)，獲得了完整連續(xù)的高質(zhì)量黃鱔全基因組參考圖譜?；蚪M大小為799 Mb，組裝得到12條染色體序列，覆蓋預(yù)測基因組大小的99.26%?！闭撐牡谝蛔髡?、長江所博士田海峰告訴《中國科學(xué)報》。

獲得基因組后，下一步就是挖掘分子標(biāo)記。他們在圖譜基礎(chǔ)上鑒定出364802個微衛(wèi)星（SSR）位點，得到28萬多個候選SSR標(biāo)記，并利用鑒定出的SSR標(biāo)記構(gòu)建了高密度物理圖譜?！拔覀円呀?jīng)對部分分子標(biāo)記進(jìn)行了驗證，分子標(biāo)記的開發(fā)和利用將極大促進(jìn)輔助育種過程。”田海峰說。

除此之外，研究團(tuán)隊還有一項重要的發(fā)現(xiàn)?！霸谖覀兊恼J(rèn)知里，黃鱔是雌性先熟的性逆轉(zhuǎn)魚類，產(chǎn)卵后會變?yōu)樾坌?。但在產(chǎn)業(yè)中，我們發(fā)現(xiàn)了極少部分‘異端分子’，即‘超級母’和‘超級公’?！崩钪彝嘎?。

“超級母”指的是一小部分個體，連續(xù)產(chǎn)卵多次也不會變成雄性；而“超級公”是整個生命周期均為雄性，不存在性逆轉(zhuǎn)。這些個體是否具有遺傳性，是否存在關(guān)閉性轉(zhuǎn)的基因？

“如果是可遺傳的，我們就可以創(chuàng)造出不轉(zhuǎn)雄的‘超級母’群體，既提高了親本利用效率，又增加了懷卵量。而性腺發(fā)育消耗較大能量，雌性性腺發(fā)育更甚，如果我們創(chuàng)造出‘超級公’群體，黃鱔的生長速度和產(chǎn)量又會出現(xiàn)一個質(zhì)的提升?！崩钪冶硎?。

表觀遺傳學(xué)是后基因組時代興起的研究前沿和熱點，通過甲基化等表觀遺傳學(xué)手段研究比對精細(xì)基因組，研究團(tuán)隊可以找到控制性逆轉(zhuǎn)的基因靶點，運用現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)手段自由調(diào)控性別的轉(zhuǎn)換。

“目前保存的這些‘異端分子’，在不久的將來同樣會支撐起新的產(chǎn)業(yè)大廈?！崩钪艺f。

加速選育進(jìn)程，產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展

李忠2016年開始做產(chǎn)業(yè)示范推廣，從實驗室技術(shù)走向復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，耗時3年。根據(jù)產(chǎn)業(yè)特點，他設(shè)計了實用的框架式和升降式兩套專利孵化設(shè)施，極大提升了繁育效率，同時建立起嚴(yán)格的流程管理規(guī)范。

目前，已經(jīng)在湖北省仙桃市和四川省宜賓市開展了產(chǎn)業(yè)示范應(yīng)用，兩省的產(chǎn)業(yè)示范證明了技術(shù)體系的可復(fù)制性和地域適應(yīng)性，為大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用鋪平道路。在示范應(yīng)用中，3個技術(shù)工人流程操作，每天可獲得80萬~100萬卵，孵化40萬~60萬苗。而框架式繁育設(shè)施，每平方米可培養(yǎng)2萬苗/7天，升降式繁殖設(shè)施效率則達(dá)到每平方米10萬苗/7天。

黃鱔繁育周期長達(dá)4個月，這些繁育技術(shù)體系配合繁育設(shè)施以及科學(xué)的管理流程，使得人工繁育真正實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化。

“種業(yè)安全、種業(yè)競爭，說到底就是優(yōu)良基因庫的競爭。沒有優(yōu)良基因庫支撐，任何先進(jìn)技術(shù)只能‘干瞪眼’。下一步，我們會加強優(yōu)良種質(zhì)資源收集、評價、保存和創(chuàng)制等基礎(chǔ)性工作。”李忠表示。

“此外，我們還將利用家系選育技術(shù)配合分子標(biāo)記輔助選擇，加速新品種選育進(jìn)程。”田海峰說。

近年來，研究團(tuán)隊聯(lián)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授李大鵬團(tuán)隊共同構(gòu)建了基于MO的基因敲降和CRISPR-CAS9黃鱔基因編輯技術(shù)體系，這些體系的構(gòu)建，將促進(jìn)育種工作由傳統(tǒng)以經(jīng)驗選育為主轉(zhuǎn)向現(xiàn)代精準(zhǔn)育種。

“黃鱔整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不是某一個團(tuán)隊、某一個學(xué)科人員可以單獨推進(jìn)的。高校有理論原創(chuàng)優(yōu)勢，我們有產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，經(jīng)過這些年產(chǎn)學(xué)研的融洽配合，我認(rèn)為產(chǎn)業(yè)列車已經(jīng)駛?cè)虢】蛋l(fā)展的‘快車道’?！崩钪艺f。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/g3journal/jkaa032