白對蝦產(chǎn)量全球第一優(yōu)質(zhì)苗種繁育卻迫在眉睫
“全球南美白對蝦總產(chǎn)量在400萬噸左右，占蝦類養(yǎng)殖產(chǎn)量的80%以上，我國養(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年代左右開始在我國大規(guī)模、大面積推廣養(yǎng)殖，是目前市場上消費(fèi)者購買最多的蝦類水產(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外引進(jìn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分受限。據(jù)了解，從國外引進(jìn)親蝦，苗種質(zhì)量不穩(wěn)定，價(jià)格還十分高昂。
“進(jìn)口一對種蝦需要100美元左右，每年在進(jìn)口種蝦上，我國要花費(fèi)近3000萬美元，而且進(jìn)口種蝦難以保證品質(zhì)，同時(shí)還容易受到國外的限制，在國內(nèi)培育優(yōu)質(zhì)對蝦種苗迫在眉睫。”李富花說。筆者在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，近年我國南美白對蝦產(chǎn)量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，相關(guān)專家分析，是因病害增多，其中苗種質(zhì)量良莠不齊是關(guān)鍵問題已成為限制我國南美白對蝦養(yǎng)殖的命門。
“要實(shí)現(xiàn)親蝦‘中國制造’必須破譯對蝦的基因組，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)的育種方法問題十分明顯，南美白對蝦生長周期短，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蝦個(gè)體優(yōu)勢，培育最適合養(yǎng)殖的對蝦品種。“比如這個(gè)抗病性好，那個(gè)成長速度快，把這些優(yōu)質(zhì)基因篩選出來，實(shí)現(xiàn)‘定制’最適合養(yǎng)殖、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高的對蝦品種。當(dāng)然，前提是掌握對蝦基因組參考圖譜。”
獲得國際首個(gè)對蝦圖譜親蝦“中國造”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”專項(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“中國造”提上日程。
“2009年左右，我們開啟對凡納濱對蝦的基因組測序研究，歷時(shí)十年才有了如今的成果，研發(fā)過程殊為不易。”說起研發(fā)，張曉軍坦言其中過程的艱辛，可謂“十年磨一劍”。“對蝦基因組是世界上公認(rèn)的高復(fù)雜基因組，1996年，國際上開始啟動(dòng)5種水產(chǎn)動(dòng)物的基因組測序工作，大馬哈魚、羅非魚、鯰魚、牡蠣這四種陸續(xù)成功實(shí)現(xiàn)測序，但對蝦的測序遲遲未能解決。”
張曉軍說，人類基因組大概有30億對堿基，而對蝦的基因組堿基數(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)測試一個(gè)人的基因組。
為什么實(shí)現(xiàn)對蝦的基因組測序更難？
“對蝦的基因組組成十分復(fù)雜，簡單重復(fù)的串聯(lián)序列占到對蝦基因組的23.93%以上，是目前已測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)對蝦的基因組參考圖譜。”張曉軍形象地將這個(gè)過程比做拼圖，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)第三代測序儀器后，研究瓶頸得到突破，最終完成了凡納濱對蝦的全基因組測序和組裝。”張曉軍告訴筆者，這也是國際上首個(gè)且高質(zhì)量的對蝦基因組參考圖譜。“很多國家都在研究對蝦的基因組測序，近年成果寥寥無幾，這次成果的發(fā)表受到了業(yè)內(nèi)極大關(guān)注。”
對蝦一生大解密養(yǎng)殖將更有針對性
研究組通過研究發(fā)現(xiàn)，對蝦物種的大量特異性基因和大量串聯(lián)重復(fù)基因存在和對蝦科的特異性進(jìn)化有著密切的聯(lián)系。
對蝦生活在海底，是怎么接收光線的？為什么對蝦每次都“活蹦亂跳”？對蝦為什么一生要經(jīng)歷約50次蛻皮？這些問題都能通過基因組圖譜來解密。李富花舉例，通過研究發(fā)現(xiàn)，對蝦擁有非常發(fā)達(dá)的視覺系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，對蝦有一對連接眼柄能自由活動(dòng)的復(fù)眼，每只復(fù)眼包含約5.5萬個(gè)~8萬個(gè)小眼，具有非常廣的視角，能夠識別出許多人類看不見的顏色及不同波長的光線。
“我們發(fā)現(xiàn)，對蝦感受長波長的基因達(dá)到了42個(gè)，是人類的好幾倍，這可能是對蝦適應(yīng)底棲生活產(chǎn)生的基因改變。”李富花說，非常有意思的現(xiàn)象還有對蝦的神經(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)的章魚速度也不及其1/10，這和大量與神經(jīng)信號傳導(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，對蝦一生經(jīng)歷約50次蛻皮，遠(yuǎn)多于昆蟲。通過比較發(fā)現(xiàn)，對蝦擁有一條強(qiáng)化的蛻皮信號調(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，這些基因都在講述對蝦一生的“故事”，掌握這些特性，養(yǎng)殖對蝦將更有針對性。
“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程將大大縮短。未來，不同品種的對蝦將滿足多元化的市場需求。”“南美白對蝦在內(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，南美白對蝦離水存活時(shí)間長、可以長途運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，都使其得到了消費(fèi)者的喜愛，未來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”造福百姓的瑰麗愿景。
