白對(duì)蝦產(chǎn)量全球第一優(yōu)質(zhì)苗種繁育卻迫在眉睫

“全球南美白對(duì)蝦總產(chǎn)量在400萬(wàn)噸左右，占蝦類(lèi)養(yǎng)殖產(chǎn)量的80%以上，我國(guó)養(yǎng)殖產(chǎn)量占全球1/4多。”中科院海洋所研究員李富花告訴筆者，南美白對(duì)蝦因其適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，從上世紀(jì)90年代左右開(kāi)始在我國(guó)大規(guī)模、大面積推廣養(yǎng)殖，是目前市場(chǎng)上消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)最多的蝦類(lèi)水產(chǎn)品之一。但就是這樣一種和百姓餐桌息息相關(guān)的水產(chǎn)品，由于其苗種主要依靠從國(guó)外引進(jìn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分受限。據(jù)了解，從國(guó)外引進(jìn)親蝦，苗種質(zhì)量不穩(wěn)定，價(jià)格還十分高昂。

“進(jìn)口一對(duì)種蝦需要100美元左右，每年在進(jìn)口種蝦上，我國(guó)要花費(fèi)近3000萬(wàn)美元，而且進(jìn)口種蝦難以保證品質(zhì)，同時(shí)還容易受到國(guó)外的限制，在國(guó)內(nèi)培育優(yōu)質(zhì)對(duì)蝦種苗迫在眉睫。”李富花說(shuō)。筆者在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，近年我國(guó)南美白對(duì)蝦產(chǎn)量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，相關(guān)專(zhuān)家分析，是因病害增多，其中苗種質(zhì)量良莠不齊是關(guān)鍵問(wèn)題已成為限制我國(guó)南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖的命門(mén)。

“要實(shí)現(xiàn)親蝦‘中國(guó)制造’必須破譯對(duì)蝦的基因組，這是實(shí)現(xiàn)全基因組育種的前提和基礎(chǔ)。”中科院海洋所研究員張曉軍向筆者解釋了全基因組育種的必要性：傳統(tǒng)的育種方法問(wèn)題十分明顯，南美白對(duì)蝦生長(zhǎng)周期短，容易近親繁殖，種質(zhì)退化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)始終居高不下。相比之下，全基因組育種可以篩選對(duì)蝦個(gè)體優(yōu)勢(shì)，培育最適合養(yǎng)殖的對(duì)蝦品種。“比如這個(gè)抗病性好，那個(gè)成長(zhǎng)速度快，把這些優(yōu)質(zhì)基因篩選出來(lái)，實(shí)現(xiàn)‘定制’最適合養(yǎng)殖、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高的對(duì)蝦品種。當(dāng)然，前提是掌握對(duì)蝦基因組參考圖譜。”

獲得國(guó)際首個(gè)對(duì)蝦圖譜親蝦“中國(guó)造”提上日程

筆者采訪前一天，赴京參加完科技部2018“藍(lán)色糧倉(cāng)”專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目推進(jìn)會(huì)的李富花剛剛返回山東青島。她告訴筆者，此次由海洋所牽頭的“重要養(yǎng)殖蝦蟹類(lèi)良種創(chuàng)制與健康苗種繁育”項(xiàng)目用到了他們的研究成果，親蝦“中國(guó)造”提上日程。

“2009年左右，我們開(kāi)啟對(duì)凡納濱對(duì)蝦的基因組測(cè)序研究，歷時(shí)十年才有了如今的成果，研發(fā)過(guò)程殊為不易。”說(shuō)起研發(fā)，張曉軍坦言其中過(guò)程的艱辛，可謂“十年磨一劍”。“對(duì)蝦基因組是世界上公認(rèn)的高復(fù)雜基因組，1996年，國(guó)際上開(kāi)始啟動(dòng)5種水產(chǎn)動(dòng)物的基因組測(cè)序工作，大馬哈魚(yú)、羅非魚(yú)、鯰魚(yú)、牡蠣這四種陸續(xù)成功實(shí)現(xiàn)測(cè)序，但對(duì)蝦的測(cè)序遲遲未能解決。”

張曉軍說(shuō)，人類(lèi)基因組大概有30億對(duì)堿基，而對(duì)蝦的基因組堿基數(shù)量只有人的2/3，以目前的技術(shù)水平，幾天時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)測(cè)試一個(gè)人的基因組。

為什么實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦的基因組測(cè)序更難？

“對(duì)蝦的基因組組成十分復(fù)雜，簡(jiǎn)單重復(fù)的串聯(lián)序列占到對(duì)蝦基因組的23.93%以上，是目前已測(cè)基因組物種中含量最高的，因此獲取大片段的基因組十分困難，也難以拼成整個(gè)對(duì)蝦的基因組參考圖譜。”張曉軍形象地將這個(gè)過(guò)程比做拼圖，當(dāng)你拿到幾塊形狀大小不一的“拼圖碎片”，往哪里拼接才算正確就成了難題。

“我們嘗試了一代到三代的各種測(cè)序平臺(tái)以及各種組裝軟件，屢敗屢戰(zhàn)。2014年，團(tuán)隊(duì)引進(jìn)第三代測(cè)序儀器后，研究瓶頸得到突破，最終完成了凡納濱對(duì)蝦的全基因組測(cè)序和組裝。”張曉軍告訴筆者，這也是國(guó)際上首個(gè)且高質(zhì)量的對(duì)蝦基因組參考圖譜。“很多國(guó)家都在研究對(duì)蝦的基因組測(cè)序，近年成果寥寥無(wú)幾，這次成果的發(fā)表受到了業(yè)內(nèi)極大關(guān)注。”

對(duì)蝦一生大解密養(yǎng)殖將更有針對(duì)性

研究組通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)蝦物種的大量特異性基因和大量串聯(lián)重復(fù)基因存在和對(duì)蝦科的特異性進(jìn)化有著密切的聯(lián)系。

對(duì)蝦生活在海底，是怎么接收光線的？為什么對(duì)蝦每次都“活蹦亂跳”？對(duì)蝦為什么一生要經(jīng)歷約50次蛻皮？這些問(wèn)題都能通過(guò)基因組圖譜來(lái)解密。李富花舉例，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)蝦擁有非常發(fā)達(dá)的視覺(jué)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)蝦有一對(duì)連接眼柄能自由活動(dòng)的復(fù)眼，每只復(fù)眼包含約5.5萬(wàn)個(gè)~8萬(wàn)個(gè)小眼，具有非常廣的視角，能夠識(shí)別出許多人類(lèi)看不見(jiàn)的顏色及不同波長(zhǎng)的光線。

“我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)蝦感受長(zhǎng)波長(zhǎng)的基因達(dá)到了42個(gè)，是人類(lèi)的好幾倍，這可能是對(duì)蝦適應(yīng)底棲生活產(chǎn)生的基因改變。”李富花說(shuō)，非常有意思的現(xiàn)象還有對(duì)蝦的神經(jīng)傳導(dǎo)速度非常快，達(dá)到每秒200米，即使神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)達(dá)的章魚(yú)速度也不及其1/10，這和大量與神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的基因發(fā)生擴(kuò)張密不可分。

“蛻皮是蛻皮動(dòng)物的典型特征，對(duì)蝦一生經(jīng)歷約50次蛻皮，遠(yuǎn)多于昆蟲(chóng)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，對(duì)蝦擁有一條強(qiáng)化的蛻皮信號(hào)調(diào)控通路，該通路上大量基因都發(fā)生了擴(kuò)張，還有多個(gè)基因受到正選擇作用。”李富花說(shuō)，這些基因都在講述對(duì)蝦一生的“故事”，掌握這些特性，養(yǎng)殖對(duì)蝦將更有針對(duì)性。

“利用分子標(biāo)記輔助選育、全基因組關(guān)聯(lián)育種和分子設(shè)計(jì)育種等新技術(shù)，意味著今后選育新品種的過(guò)程將大大縮短。未來(lái)，不同品種的對(duì)蝦將滿(mǎn)足多元化的市場(chǎng)需求。”“南美白對(duì)蝦在內(nèi)陸也能養(yǎng)殖，只是不能進(jìn)行淡水繁殖，在口味上，海水蝦比淡水蝦口感更緊實(shí)、甘甜，南美白對(duì)蝦離水存活時(shí)間長(zhǎng)、可以長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，都使其得到了消費(fèi)者的喜愛(ài)，未來(lái)必將更加豐富百姓的餐桌。”李富花的講述，為我們展示了“藍(lán)色糧倉(cāng)”造福百姓的瑰麗愿景。