基因密碼被破譯對(duì)蝦養(yǎng)殖可實(shí)現(xiàn)“私人定制”

年過七旬的中科院海洋所原所長(zhǎng)相建海研究員大半生都在和對(duì)蝦打交道。劉瑞玉院士生前解決了對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化問題，從根本上改變了長(zhǎng)期依靠捕撈的局面。相建海要做的則是改變對(duì)蝦養(yǎng)殖種源問題，為此，他和團(tuán)隊(duì)已“熬”過了17年，獲得兩個(gè)國(guó)審新品種。

一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)能在國(guó)家主打的凡納濱對(duì)蝦育種中獲得兩個(gè)國(guó)審新品種，這在全國(guó)都是“獨(dú)一份”。更讓人振奮的是，新近他們又在全球率先破譯了凡納濱對(duì)蝦復(fù)雜的全基因組，占領(lǐng)了該種對(duì)蝦基因組學(xué)的制高點(diǎn)，并將在更短的時(shí)間里培育出更多新品，未來(lái)可期。

培育新品種擺脫對(duì)國(guó)外進(jìn)口種蝦的依賴

海水蝦類養(yǎng)殖，在我國(guó)六次海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)浪潮中位居第二。相建海說(shuō)：“劉瑞玉院士生前不懈推動(dòng)我國(guó)甲殼動(dòng)物研究和對(duì)蝦養(yǎng)殖的產(chǎn)業(yè)化，從根本上改變了我們長(zhǎng)期依靠捕撈對(duì)蝦的局面。我們要把這條路繼續(xù)走好?！弊鳛槲覈?guó)海洋生物技術(shù)領(lǐng)域和海洋動(dòng)物生殖與遺傳工程學(xué)科帶頭人，他年逾古稀“退而不休”，現(xiàn)在依然奔波在實(shí)驗(yàn)室和沿海一線各個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)之間。

相建海團(tuán)隊(duì)選擇凡納濱對(duì)蝦進(jìn)行基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，因?yàn)樗俏覈?guó)乃至全球?qū)ξr養(yǎng)殖業(yè)的重要支柱。凡納濱對(duì)蝦又稱南美白對(duì)蝦，是當(dāng)前世界上養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的四大優(yōu)良品種之一，產(chǎn)量幾乎占全球?qū)ξr養(yǎng)殖的3/4，也占據(jù)我國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量的80%。據(jù)介紹，在我國(guó)最早由海洋所張偉權(quán)研究員及其團(tuán)隊(duì)1988年從美國(guó)引進(jìn)凡納濱對(duì)蝦，開展人工育苗研究，短短20多年便呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，一躍成為世界養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的國(guó)家，特別是在2014 ～2015年期間達(dá)到最高峰，年產(chǎn)量達(dá)150萬(wàn)噸。

“我國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖一直面臨種源問題，每年為了維持這一產(chǎn)業(yè)，都需要從南美進(jìn)口大約30萬(wàn)對(duì)親蝦，花費(fèi)外匯3450萬(wàn)美元。”相建海說(shuō)，只有培育出自己的新品種，才能擺脫對(duì)國(guó)外進(jìn)口種蝦、種苗的依賴，并且改變二代苗種質(zhì)量下降的根本問題。

農(nóng)以種當(dāng)先。培育新品種，說(shuō)來(lái)簡(jiǎn)單，期間的煩瑣、枯燥、艱辛和反復(fù)卻是旁人無(wú)法體會(huì)的。“這是個(gè)慢功夫，每次培育新品種至少要七八年的時(shí)間，哪怕有一點(diǎn)懈怠或中斷就會(huì)前功盡棄?！毕嘟êF(tuán)隊(duì)的“慢功夫”，整整熬了17年。

自2001年開始，相建海團(tuán)隊(duì)與西北農(nóng)業(yè)科技大學(xué)等單位合作，從海南、廣東等地14個(gè)養(yǎng)殖基地收集當(dāng)年從夏威夷引進(jìn)并繁育4代的凡納濱對(duì)蝦作為育種基礎(chǔ)群體，以生長(zhǎng)速度為主要選育指標(biāo)，進(jìn)行了連續(xù)7代的選育。他們發(fā)明了“養(yǎng)殖對(duì)蝦階段式種群選育方法”和“養(yǎng)殖對(duì)蝦家系的建立和良種選育方法”，從第1代至第7代，每代分別建立了200個(gè)以上家系，在進(jìn)行交配組合時(shí)，再根據(jù)體長(zhǎng)、體重、產(chǎn)卵量、孵化率等進(jìn)行淘汰選擇，最終從留種的40個(gè)家系中培育出國(guó)審?fù)ㄟ^的“科海紅1號(hào)”。

2008～2010年，“科海紅1號(hào)”在海南、天津、河北等多個(gè)地區(qū)進(jìn)行示范推廣，累計(jì)放苗8.5億尾，養(yǎng)殖效益比一般苗種增幅達(dá)10%～20%。2010年，“科海紅1號(hào)”成為國(guó)審第一批通過的凡納濱對(duì)蝦新品種，2018年，可為我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)提供10萬(wàn)對(duì)親蝦，明顯減少了對(duì)國(guó)外進(jìn)口親蝦的依賴。

但相建海團(tuán)隊(duì)并未就此止步，他們自2008年開始，遴選進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)性狀優(yōu)異的進(jìn)口種群、經(jīng)本地多代留種具有明顯適應(yīng)性的本地種群和“科海紅1號(hào)”種質(zhì)材料為育種基礎(chǔ)群，運(yùn)用四系雙雜交優(yōu)選方法，又建立了四個(gè)各具特色的新品系育種群，每個(gè)品系每年建立80個(gè)以上家系，最終培育出高成長(zhǎng)速度、高繁殖率和高抗病性的“廣泰1號(hào)”?！捌废颠x育是選擇育種的一個(gè)較高階段，我們通過雜交組合測(cè)試篩選出最佳雜交模式，培育出的新品種可以實(shí)現(xiàn)不同品系、不同性狀的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。”相建海說(shuō)。

2017年，“廣泰1號(hào)”被國(guó)家審定為又一水產(chǎn)新品種。至此，國(guó)審凡納濱對(duì)蝦新品種達(dá)到七個(gè)，而相建海團(tuán)隊(duì)獨(dú)占兩個(gè)，成果斐然。

高技術(shù)選育可實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦養(yǎng)殖“私人訂制”

新品種的培育時(shí)間長(zhǎng)，時(shí)有合作企業(yè)在短期內(nèi)看不到效益，很容易半途而廢。每次遇到這種情況，團(tuán)隊(duì)成員眼看著辛辛苦苦選育的對(duì)蝦材料逐漸減少，甚至可能全軍覆沒，既心疼又擔(dān)憂。他們決心創(chuàng)新選育技術(shù)，全力破譯凡納濱對(duì)蝦的基因密碼，加快選育進(jìn)程。

早在2000年，與國(guó)際水產(chǎn)基因組合作項(xiàng)目同步，相建海團(tuán)隊(duì)就著手開展對(duì)蝦的基因組研究。沒想到，一開始就啃上了硬骨頭。對(duì)蝦基因組重復(fù)序列高達(dá)80%，DNA極易碎裂，是目前水產(chǎn)科技界公認(rèn)的最難攻克的基因組之一。眼看著曾經(jīng)蜂擁而上的國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)一個(gè)個(gè)知難而退，相建海團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了一二三代測(cè)序技術(shù)的發(fā)展與變遷，卻屢敗屢戰(zhàn)，奮力攻關(guān)，步步推進(jìn)，漸獲成效。

2006年，團(tuán)隊(duì)利用一代測(cè)序技術(shù)構(gòu)建了第一個(gè)cDNA（一種互補(bǔ)脫氧核糖核酸）基因芯片；2010年，團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了全球目前唯一的一個(gè)凡納濱對(duì)蝦BAC（細(xì)菌人工染色體）文庫(kù)；2015年，團(tuán)隊(duì)利用二代高通量測(cè)序技術(shù)，成功構(gòu)建了全球標(biāo)記密度最高的凡納濱對(duì)蝦遺傳連鎖圖譜；2017年，團(tuán)隊(duì)終于利用二代三代聯(lián)合測(cè)序和生物信息學(xué)新算法，成功構(gòu)建了世界第一個(gè)凡納濱對(duì)蝦參考基因組。相建海說(shuō)，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的遺傳圖譜包含44個(gè)連鎖群，與凡納濱對(duì)蝦單倍體染色體數(shù)目一致。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還利用該圖譜成功定位了11個(gè)體長(zhǎng)相關(guān)和7個(gè)體重相關(guān)的“基因座”，為推動(dòng)凡納濱對(duì)蝦的分子標(biāo)記輔助選育研究和全基因組選擇育種研究提供了重要的資源。

“我們破譯了凡納濱對(duì)蝦的基因組，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可能縮短3 ～5年。生物高技術(shù)選育技術(shù)完全可以根據(jù)客戶目標(biāo)需求育出不同的品種，滿足多元化的市場(chǎng)需求。”在相建?？磥?lái)，今后，養(yǎng)殖戶需要長(zhǎng)得快的蝦、個(gè)頭大的蝦或者味道好的蝦，都可以“私人訂制”。