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相建海:破译洋对虾基因密码

2018-01-23 13:39 中国·青岛蓝色经济网

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相建海在养殖场调查了解凡纳滨对虾生长情况。 (资料照片)

凡纳滨对虾。

年过七旬的中科院海洋所原所长相建海研究员大半生都在和对虾打交道。刘瑞玉院士生前解决了对虾养殖产业化问题,从根本上改变了长期依靠捕捞的局面。相建海要做的,则是改变对虾养殖种源问题,为此,他和团队已“熬”过了17年。

2017年底,中科院海洋研究所海洋动物生殖与遗传工程研究团队报出新成果:红艳艳的脊尾白虾新品种“科海红1号”顺利通过全国水产良种委员会组织的现场审查。“以前的脊尾白虾都是从海区的野生虾通过纳苗进行繁养,我们的团队从2010年立项进行育种育苗研究,五年就取得突破,现已在市场小有规模,很不容易。”年过七旬的海洋所原所长相建海研究员告诉记者,红色的虾来自脊尾白虾的基因天然突变,极为罕见,团队负责人李富花研究员能带领大家敏锐地抓住机遇开展人工选育,这种“独具慧眼”的悟性源于团队多年来对虾类繁殖生物学和遗传学研究的长期积累。

实际上,在“科海红1号”之前,相建海团队已接连成功选育出两个凡纳滨对虾新品种并推广应用。一个科研团队能在国家主打的凡纳滨对虾育种中获得两个国审新品种,这在全国都是“独一份”。更让人振奋的是,新近他们又在全球率先破译了凡纳滨对虾复杂的全基因组,占领了该种对虾基因组学的制高点,并将在更短的时间里培育出更多新品,未来可期。

培育新品种,摆脱对国外进口种虾的依赖

海水虾类养殖,在我国六次海水养殖产业浪潮中位居第二。相建海说:“刘瑞玉院士生前不懈推动我国甲壳动物研究和对虾养殖的产业化,从根本上改变了我们长期依靠捕捞对虾的局面。我们要把这条路继续走好。”作为我国海洋生物技术领域和海洋动物生殖与遗传工程学科带头人,他年逾古稀“退而不休”,现在依然奔波在实验室和沿海一线各个养殖场之间。

相建海团队选择凡纳滨对虾进行基础和应用研究,因为它是我国乃至全球对虾养殖业的重要支柱。凡纳滨对虾又称为南美白对虾,是当前世界上养殖产量最高的四大优良品种之一,产量几乎占全球对虾养殖的四分之三,也占据我国对虾养殖产量的80%。据介绍,在我国最早由海洋所张伟权研究员及其团队1988年从美国引进凡纳滨对虾,开展人工育苗研究,短短20多年便呈现爆发式增长,一跃成为世界养殖产量最高的国家,特别是在2014年至2015年期间达到最高峰,年产量达150万吨。

“我国对虾养殖一直面临种源问题,每年为了维持这一产业,都需要从南美进口大约30万对亲虾,花费外汇3450万美元。”相建海说,只有培育出自己的新品种,才能摆脱对国外进口种虾、种苗的依赖,并且改变二代苗种质量下降的根本问题。

每代建立200个家系,再根据体长、体重、产卵量等淘汰选择

农以种当先。培育新品种,说来简单,期间的烦琐、枯燥、艰辛和反复,却是旁人无法体会的。“这是个慢功夫,每次培育新品种至少要七八年的时间,哪怕有一点懈怠或中断,就会前功尽弃。”相建海团队的“慢功夫”,整整熬了17年。

自2001年开始,相建海团队与西北农业科技大学、海南东方海洋公司合作,从海南、广东等地14个养殖基地收集当年从夏威夷引进并繁育4代的凡纳滨对虾作为育种基础群体,以生长速度为主要选育指标,进行了连续7代的选育。他们发明了“养殖对虾阶段式种群选育方法”和“养殖对虾家系的建立和良种选育方法”,从第1代至第7代,每代分别建立200个以上家系,在进行交配组合时,再根据体长、体重、产卵量、孵化率等进行淘汰选择,最终从留种的40个家系中培育出了国审通过的“科海红1号”。

2008年至2010年,“科海红1号”在海南、天津和河北等多个地区进行示范推广,累计放苗8.5亿尾,养殖效益比一般苗种增幅达10%到20%。2010年,“科海红1号”成为国审第一批通过的凡纳滨对虾新品种。到2018年,可为我国养殖业提供10万对亲虾,明显减少对国外进口亲虾的依赖。

但相建海团队并未就此止步。他们自2008年开始,遴选进入中国市场性状优异的进口种群、经本地多代留种具有明显适应性的本地种群和“科海红1号”种质材料为育种基础群,运用四系双杂交优选方法,又建立了四个各具特色的新品系育种群,每个品系每年建立80个以上家系,最终培育出了高成长速度、高繁殖率和高抗病性的“广泰1号”。“品系选育是选择育种的一个较高阶段,我们通过杂交组合测试筛选出最佳杂交模式,培育出的新品种可以实现不同品系不同性状的优势互补。”相建海说。

2017年,“广泰1号”被国家审定为又一水产新品种。至此,国审凡纳滨对虾新品种七个,而相建海团队独占两元,成果斐然。

高技术选育,可实现对虾养殖“私人订制”

新品种的培育时间长,时有合作企业在短期内看不到效益,很容易半途而废。每次遇到这种情况,团队成员眼看着辛辛苦苦选育的对虾材料逐渐减少,甚至可能全军覆没,既心疼又担忧。他们决心创新选育技术,全力破译凡纳滨对虾的基因密码,加快选育进程。

早在2000年,与国际水产基因组合作项目同步,相建海团队就着手开展对虾的基因组研究。没想到,一开始就啃上了硬骨头。对虾基因组重复序列高达80%,DNA极易碎裂,是目前水产科技界公认的最难攻克的基因组之一。眼看着曾经蜂拥而上的国内外团队一个个知难而退,相建海团队经历了一二三代测序技术的发展与变迁,却屡败屡战,奋力攻关,步步推进,渐获成效。

2006年,团队利用一代测序技术构建了第一个cDNA(一种互补脱氧核糖核酸)基因芯片;2010年,团队成功构建了全球目前唯一的一个凡纳滨对虾BAC(细菌人工染色体)文库;2015年,团队利用二代高通量测序技术,成功构建了全球标记密度最高的凡纳滨对虾遗传连锁图谱;2017年,团队终于利用二代三代联合测序和生物信息学新算法,成功构建了世界第一个凡纳滨对虾参考基因组。相建海说,团队构建的遗传图谱包含44个连锁群,与凡纳滨对虾单倍体染色体数目一致。同时,该团队还利用该图谱成功定位了11个体长相关和7个体重相关的“基因座”,为推动凡纳滨对虾的分子标记辅助选育研究和全基因组选择育种研究提供了重要的资源。

“我们破译了凡纳滨对虾的基因组,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可能缩短至3—5年。生物高技术选育技术完全可以根据客户目标需求育出不同的品种,满足多元化的市场需求。”在相建海看来,今后,养殖户需要长得快的虾、个头大的虾或者味道好的虾,都可以“私人订制”。

关键词: 海洋经济 蓝色经济 海洋动物

编辑:徐琛

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