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中科院海洋所获得国际首个对虾基因组参考图谱 亲虾“中国造”提上日程

时间:2019-4-22 10:48:34 来源:中国渔业报 郑文斌

  “全球南美白对虾总产量在400万吨左右,占虾类养殖产量的80%以上,我国养殖产量占全球1/4多。”中科院海洋所研究员李富花告诉笔者,南美白对虾因其适应性强、经济价值高,从上世纪90年代左右开始在我国大规模、大面积推广养殖,是目前市场上消费者购买最多的虾类水产品之一。但就是这样一种和百姓餐桌息息相关的水产品,由于其苗种主要依靠从国外引进,产业发展十分受限。据了解,从国外引进亲虾,苗种质量不稳定,价格还十分高昂。

  “进口一对种虾需要100美元左右,每年在进口种虾上,我国要花费近3000万美元,而且进口种虾难以保证品质,同时还容易受到国外的限制,在国内培育优质对虾种苗迫在眉睫。”李富花说。笔者在网上查阅相关资料发现,近年我国南美白对虾产量数据波动较大,相关专家分析,是因病害增多,其中苗种质量良莠不齐是关键问题已成为限制我国南美白对虾养殖的命门。

  “要实现亲虾‘中国制造’必须破译对虾的基因组,这是实现全基因组育种的前提和基础。”中科院海洋所研究员张晓军向笔者解释了全基因组育种的必要性:传统的育种方法问题十分明显,南美白对虾生长周期短,容易近亲繁殖,种质退化现象十分严重,养殖风险始终居高不下。相比之下,全基因组育种可以筛选对虾个体优势,培育最适合养殖的对虾品种。“比如这个抗病性好,那个成长速度快,把这些优质基因筛选出来,实现‘定制’最适合养殖、经济产量最高的对虾品种。当然,前提是掌握对虾基因组参考图谱。”

  获得国际首个对虾图谱亲虾“中国造”提上日程

  笔者采访前一天,赴京参加完科技部2018“蓝色粮仓”专项项目推进会的李富花刚刚返回山东青岛。她告诉笔者,此次由海洋所牵头的“重要养殖虾蟹类良种创制与健康苗种繁育”项目用到了他们的研究成果,亲虾“中国造”提上日程。

  “2009年左右,我们开启对凡纳滨对虾的基因组测序研究,历时十年才有了如今的成果,研发过程殊为不易。”说起研发,张晓军坦言其中过程的艰辛,可谓“十年磨一剑”。“对虾基因组是世界上公认的高复杂基因组,1996年,国际上开始启动5种水产动物的基因组测序工作,大马哈鱼、罗非鱼、鲶鱼、牡蛎这四种陆续成功实现测序,但对虾的测序迟迟未能解决。”

  张晓军说,人类基因组大概有30亿对碱基,而对虾的基因组碱基数量只有人的2/3,以目前的技术水平,几天时间就能实现测试一个人的基因组。

  为什么实现对虾的基因组测序更难?

  “对虾的基因组组成十分复杂,简单重复的串联序列占到对虾基因组的23.93%以上,是目前已测基因组物种中含量最高的,因此获取大片段的基因组十分困难,也难以拼成整个对虾的基因组参考图谱。”张晓军形象地将这个过程比做拼图,当你拿到几块形状大小不一的“拼图碎片”,往哪里拼接才算正确就成了难题。

  “我们尝试了一代到三代的各种测序平台以及各种组装软件,屡败屡战。2014年,团队引进第三代测序仪器后,研究瓶颈得到突破,最终完成了凡纳滨对虾的全基因组测序和组装。”张晓军告诉笔者,这也是国际上首个且高质量的对虾基因组参考图谱。“很多国家都在研究对虾的基因组测序,近年成果寥寥无几,这次成果的发表受到了业内极大关注。”

  对虾一生大解密养殖将更有针对性

  研究组通过研究发现,对虾物种的大量特异性基因和大量串联重复基因存在和对虾科的特异性进化有着密切的联系。

  对虾生活在海底,是怎么接收光线的?为什么对虾每次都“活蹦乱跳”?对虾为什么一生要经历约50次蜕皮?这些问题都能通过基因组图谱来解密。李富花举例,通过研究发现,对虾拥有非常发达的视觉系统和神经系统,对虾有一对连接眼柄能自由活动的复眼,每只复眼包含约5.5万个~8万个小眼,具有非常广的视角,能够识别出许多人类看不见的颜色及不同波长的光线。

  “我们发现,对虾感受长波长的基因达到了42个,是人类的好几倍,这可能是对虾适应底栖生活产生的基因改变。”李富花说,非常有意思的现象还有对虾的神经传导速度非常快,达到每秒200米,即使神经系统发达的章鱼速度也不及其1/10,这和大量与神经信号传导相关的基因发生扩张密不可分。

  “蜕皮是蜕皮动物的典型特征,对虾一生经历约50次蜕皮,远多于昆虫。通过比较发现,对虾拥有一条强化的蜕皮信号调控通路,该通路上大量基因都发生了扩张,还有多个基因受到正选择作用。”李富花说,这些基因都在讲述对虾一生的“故事”,掌握这些特性,养殖对虾将更有针对性。

  “利用分子标记辅助选育、全基因组关联育种和分子设计育种等新技术,意味着今后选育新品种的过程将大大缩短。未来,不同品种的对虾将满足多元化的市场需求。”“南美白对虾在内陆也能养殖,只是不能进行淡水繁殖,在口味上,海水虾比淡水虾口感更紧实、甘甜,南美白对虾离水存活时间长、可以长途运输等特点,都使其得到了消费者的喜爱,未来必将更加丰富百姓的餐桌。”李富花的讲述,为我们展示了“蓝色粮仓”造福百姓的瑰丽愿景。

  南美白对虾小档案

  学名凡纳滨对虾,是三大养殖对虾中单产量最高的虾种。

  身长成体最长可达24厘米,甲壳较薄,正常体色为浅青灰色,全身不具斑纹,步足常呈白垩状,故也有白肢虾之称。

  特点白天一般静伏池底,入暮后则活动频繁,属杂食性,具有适应性强、生长速度快、抗病能力强等特点,幼苗经100多天的培养即可长成成体,可生活在海水、咸淡水和淡水中,因此在我国南方和北方淡水和海水均有养殖。

  肉质海水养殖的南美白对虾比淡水虾口感更紧实、甘甜,对水环境因子变化适应能力较强,具有对饲料蛋白含量要求低、出肉率高达65%以上、离水存活时间长等优点,是集约化高产养殖的优良品种。


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