君駕一葉舟 出沒風(fēng)波里
——記湖南師范大學(xué)省部共建淡水魚類發(fā)育生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任劉少軍

□ 劉 佳

在湖南師范大學(xué)，坐落著我國(guó)目前唯一一個(gè)以“淡水魚類”命名的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——省部共建淡水魚類發(fā)育生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室走廊的宣傳欄里醒目地寫著16個(gè)大字：腳踏實(shí)地、探索創(chuàng)新、持之以恒、水到渠成。

這是實(shí)驗(yàn)室主任劉少軍字斟句酌之后制定的“室訓(xùn)”。就在2019年年初，他領(lǐng)銜的“淡水魚類遠(yuǎn)緣雜交關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目被授予2018年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，打破了國(guó)際同行對(duì)魚類遠(yuǎn)緣雜交不可育的認(rèn)知藩籬。這是他第二次以第一完成人身份榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)?！翱蒲幸?jiǎng)?chuàng)新，跟著別人搞沒用。魚類良種創(chuàng)制是無止境的，沒有最好，只有更好?！眲⑸佘娮孕诺卣f。

家中兄弟姐妹，他是唯一一個(gè)名字里不帶“魚”的，卻是個(gè)十足的“魚癡”，微信名都取作“fishfamer”。在科研的江湖中，他就像一個(gè)“漁夫”，以勤懇創(chuàng)新為風(fēng)帆，出沒在風(fēng)波里，“捕撈”起一份惠民的事業(yè)。

織出遠(yuǎn)緣雜交技術(shù)網(wǎng)

19世紀(jì)，“現(xiàn)代遺傳學(xué)之父”孟德爾對(duì)7對(duì)性狀的豌豆（2n=14）進(jìn)行了近緣雜交試驗(yàn)。由此而形成的經(jīng)典孟德爾遺傳定律成為歷代生物學(xué)家的“寶典”，但這一“寶典”在面對(duì)遠(yuǎn)緣雜交育種時(shí)卻有些力不從心。

遠(yuǎn)緣雜交與近緣雜交當(dāng)然不只是一字之差。無論是從親緣關(guān)系出發(fā)，還是在染色體數(shù)目角度上，二者的遺傳規(guī)律都存在本質(zhì)的差別?！伴L(zhǎng)期近交容易導(dǎo)致品種退化，出現(xiàn)生長(zhǎng)速度下降、抗性降低、繁殖力降低等不良現(xiàn)象?！眲⑸佘娊忉尩?。但遠(yuǎn)緣雜交則不同，作為種間、屬間乃至親緣關(guān)系更遠(yuǎn)的生物類型個(gè)體之間的雜交，它可以使不同物種的基因組組合在一起, 導(dǎo)致雜交后代的表現(xiàn)型和基因型都發(fā)生改變。在基因型方面，遠(yuǎn)緣雜交能導(dǎo)致后代DNA結(jié)構(gòu)（如DNA重組及變異）和基因表達(dá)發(fā)生變化；在表現(xiàn)型方面，遠(yuǎn)緣雜交能導(dǎo)致后代在外形、生長(zhǎng)速度、食性、存活率以及抗病能力等方面發(fā)生變化。要知道，基因型和表現(xiàn)型的改變是遺傳育種的重要基礎(chǔ)。放到魚類良品培育上來說，通過遠(yuǎn)緣雜交可以形成遺傳變異且兩性可育的二倍體和四倍體魚品系，在生物演化和魚類遺傳育種方面具有重要意義。

“世界上形形色色的魚類有3萬多種，它們的形成是不是與雜交和多倍體變化有關(guān)，這是值得研究的科學(xué)問題?！痹掚m如此，劉少軍也深知，在魚類遠(yuǎn)緣雜交的遺傳規(guī)律和繁殖規(guī)律方面，長(zhǎng)期以來一直缺乏系統(tǒng)的理論和技術(shù)支撐，要鉆研出眉目來并不容易?！暗~類遠(yuǎn)緣雜交關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目的一個(gè)可貴之處就是揭示了魚類遠(yuǎn)緣雜交主要遺傳和繁殖規(guī)律。

為了把規(guī)律摸清楚，劉少軍主持設(shè)計(jì)并系統(tǒng)開展了37種不同組合的魚類遠(yuǎn)緣雜交實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步開展了自交、回交、雜交、雌核發(fā)育等實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)建了132個(gè)群體或品系。以這些樣本為基礎(chǔ)，他們?cè)谌旧w水平上揭示了魚類遠(yuǎn)緣雜交遺傳規(guī)律。通俗地說，當(dāng)母本染色體數(shù)大于父本染色體數(shù)時(shí)，可形成同源四倍體魚、二倍體魚品系；當(dāng)母本染色體數(shù)等于父本染色體數(shù)時(shí)，可形成異源四倍體魚、二倍體魚品系；當(dāng)母本染色體數(shù)小于父本染色體數(shù)時(shí)，則難以形成存活后代?！拔覀兪状伟l(fā)現(xiàn)了雜交魚中具有嵌合基因，而且能夠穩(wěn)定地遺傳和表達(dá)下去。”令劉少軍欣慰的是，他和團(tuán)隊(duì)在基因組、轉(zhuǎn)錄組和FISH等水平上解析了雜交魚遺傳特性。以雜交魚中具有嵌合基因?yàn)槔?，這能夠降低亞基因組之間不協(xié)調(diào)性，有利于雜交品系形成。他們還進(jìn)一步闡明了雜交魚DNA和基因表達(dá)變異能引起其繁殖、外形、食性等變化；證實(shí)了雜交導(dǎo)致ChordinA基因變異是金魚雙尾形成主要原因；并利用基因編輯技術(shù)對(duì)色素、生長(zhǎng)、生殖等相關(guān)基因功能進(jìn)行了研究。

但對(duì)劉少軍團(tuán)隊(duì)來說，他們更想回答的一個(gè)問題是遠(yuǎn)緣雜交究竟能不能形成可育品系。他認(rèn)為，生殖隔離對(duì)于維系物種數(shù)量的平衡的確發(fā)揮了重要作用，但是物種在演化過程中，有物種的滅亡，也有新物種的誕生。通過遠(yuǎn)緣雜交，克服生殖隔離，形成新物種的可能性是存在的，尤其在魚類中，這種可能性很大。

這一觀點(diǎn)并非空中樓閣，而是經(jīng)過了大量實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)：異源四倍體魚（4n=200）的形成機(jī)制在于異源二倍體魚（2n=100）產(chǎn)生二倍體配子；同源四倍體魚（4n=200）的形成機(jī)制在于異源四倍體魚（4n=148）產(chǎn)生同源二倍體配子和同源三倍體配子。而這些特殊配子形成與早期生殖細(xì)胞融合及核內(nèi)復(fù)制等有關(guān)?！斑h(yuǎn)緣雜交能形成可育品系”，劉少軍團(tuán)隊(duì)用事實(shí)證明了這一點(diǎn)，他們創(chuàng)制了一系列可育的四倍體魚和二倍體魚品系，為遠(yuǎn)緣雜交形成新物種提供了重要證據(jù)?！斑@些品系具有非常清晰的遺傳背景，是研究生物學(xué)各種特性的極好材料?！眲⑸佘娮院赖卣f。

榮獲2018年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)

江湖響徹漁歌子

劉少軍自認(rèn)科研“漁夫”。

20世紀(jì)80年代開始，他就已經(jīng)著手研究魚類遠(yuǎn)緣雜交和染色體倍性操作了。對(duì)劉少軍和他的團(tuán)隊(duì)來說，每一個(gè)新魚種的出現(xiàn)都像是一場(chǎng)奇跡。他們?cè)谶x擇遠(yuǎn)緣雜交研究親本時(shí)，往往以鯽魚、鯉魚、團(tuán)頭魴（俗稱鳊魚）、鲌魚、草魚等非常普遍的經(jīng)濟(jì)魚類為主。這些魚更容易出現(xiàn)在人們的食物譜系里，劉少軍希望能夠從這些“親民”魚種中取得更大的突破，讓人們吃到更多更好的魚?！耙郧白鲷~類研究是為了攻克‘吃魚難’問題，現(xiàn)在要解決的是如何才能‘吃好魚’問題?！?/p>

劉少軍希望能夠通過遠(yuǎn)緣雜交實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。每年3到6月，是魚類產(chǎn)卵的季節(jié)。一般情況下，這些魚類產(chǎn)卵會(huì)從凌晨四五點(diǎn)開始。為了更詳盡地觀察魚類產(chǎn)卵的情況，每逢這個(gè)時(shí)節(jié)，但凡身在長(zhǎng)沙，他都待在實(shí)驗(yàn)基地里跟著魚作息。他需要一次次從成百上千條雜交魚里收集珍貴的精液、卵子，小心翼翼放進(jìn)培養(yǎng)皿里。在遠(yuǎn)緣雜交后代可育率很低概率的情況下，一年能做一兩個(gè)魚類遠(yuǎn)緣雜交組合就已經(jīng)很不容易了。而這些雜交后代中，每代至少需1年才能性成熟，有的需要兩年、甚至4年及以上才能性成熟，研究才能接著做下去。而且，魚類遠(yuǎn)緣雜交后代中可育的雌性和雄性個(gè)體數(shù)目非常少，即使是可育的后代，一般精液和卵子質(zhì)量也非常差，從數(shù)以千計(jì)中能找出幾十條就很幸運(yùn)了。

沒有什么捷徑可以走，劉少軍只能帶著團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)、耐心收集。就這樣，靠著積少成多，他和團(tuán)隊(duì)在近30年時(shí)間內(nèi)做了37個(gè)雜交組合，其中28個(gè)組合能夠形成存活后代。也因此，他們才能夠揭示出遠(yuǎn)緣雜交的相關(guān)遺傳和繁殖規(guī)律，為他們?cè)趪?guó)際上首次建立起適合于魚類遠(yuǎn)緣和近緣雜交的一步法育種技術(shù)和多步法共性育種技術(shù)等奠定了重要的基礎(chǔ)。

所謂“一步法育種關(guān)鍵技術(shù)”，指的是在雙親染色體數(shù)目相同前提下，研制具有雜交優(yōu)勢(shì)F1群體。遠(yuǎn)緣雜交魚繁殖率極低，只有萬分之一的幾率，“多步法育種關(guān)鍵技術(shù)”的“多步”則表現(xiàn)為首先需要突破遠(yuǎn)緣雜交F1難以生殖的瓶頸，然后定向創(chuàng)制可育四倍體魚和二倍體魚品系，從而利用新建品系進(jìn)一步研制優(yōu)良三倍體魚和二倍體魚。

如何利用這些技術(shù)來育種？劉少軍舉起了例子。他和團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)采用紅鯽做母本、用團(tuán)頭魴做父本進(jìn)行雜交。第一代后代連續(xù)養(yǎng)了兩年才性成熟，其中有上千條魚是可育的候選對(duì)象。到第二代后代時(shí)，精心培育出了幾十條可育的實(shí)驗(yàn)魚。一代代做下去，這個(gè)同源四倍體鯽魚已穩(wěn)定繁殖第13代了，形成了一個(gè)新型的同源四倍體魚品系。這是世界上首例通過遠(yuǎn)緣雜交途徑研制出的兩性可育的同源四倍體魚品系。

“像養(yǎng)崽一樣，天天看著?！眲⑸佘娪窒肫甬?dāng)初他們做實(shí)驗(yàn)時(shí)小心翼翼又心存期盼的樣子。但當(dāng)這些“崽”真的壯大起來，他們也像家長(zhǎng)看到孩子的優(yōu)秀成績(jī)單時(shí)一樣欣慰。

至此，他們可以斬釘截鐵地宣告：這些技術(shù)的提出真正為魚類雜交育種提供了具有指導(dǎo)意義的共性技術(shù)，避免了只偏重雙親優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)來設(shè)計(jì)雜交組合的盲目性和不確定性，提高了雜交育種設(shè)計(jì)的預(yù)見性、可行性和存活率。

有了多步法育種技術(shù)，劉少軍和團(tuán)隊(duì)研制出了3個(gè)新型四倍體魚品系，并用新型和改良四倍體魚品系制備了湘云鯽2號(hào)、新型三倍體鯉等優(yōu)良三倍體魚。而在創(chuàng)制的11個(gè)二倍體魚品系中，他們首次發(fā)現(xiàn)和證明了鯉—鯽—金魚形成途徑，形成了新型鯽魚和金魚種質(zhì)資源，并利用魴鲌品系研制了雜交翹嘴魴。與此同時(shí)，他們利用一步法育種技術(shù)研制的鳊鲴、鲴鲌、合方鯽等優(yōu)良魚類，也引起了廣泛關(guān)注。

“它們不但具有外形整齊一致、生長(zhǎng)快、抗逆性強(qiáng)等共性優(yōu)點(diǎn)，而且在肉質(zhì)、含肉率、食性等方面展現(xiàn)了各自特色?！痹趧⑸佘娍磥?，自家的“崽”是無愧于“優(yōu)良”這一評(píng)價(jià)的。

湘云鯽2號(hào)、雜交翹嘴魴、鳊鲴雜交魚、合方鯽，已經(jīng)獲得國(guó)家級(jí)水產(chǎn)新品種證書，并推廣到大湖水殖股份有限公司（上市公司）等企業(yè)，通過“良種良養(yǎng)”進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣，受到廣大養(yǎng)殖戶和消費(fèi)者的歡迎。2005年—2018年，大規(guī)模生產(chǎn)上述4個(gè)優(yōu)良品種等82.3億尾魚苗；累計(jì)推廣面積6780多萬畝，形成間接經(jīng)濟(jì)效益357.6億元，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。劉少軍和團(tuán)隊(duì)的研究，終于在江湖上奏響了一曲動(dòng)人的漁歌。

傳承“魚事業(yè)”

湖南是魚米之鄉(xiāng)。“米院士”袁隆平解決了人們的溫飽問題，“魚院士”劉筠則讓老百姓餐桌上了多一條魚。

這位“魚院士”正是劉少軍的父親。1953年，劉筠院士一手創(chuàng)立了省部共建淡水魚類發(fā)育生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的前身。20世紀(jì)60年代，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)為解決草魚為代表的四大家魚的人工繁殖難關(guān)做出了重要貢獻(xiàn)，為解決當(dāng)時(shí)我國(guó)“吃魚難”的問題做出了重要貢獻(xiàn)。20世紀(jì)80年代，他在脊椎動(dòng)物中首次建立了異源四倍體魚品系并制備了優(yōu)良的三倍體湘云鯽（鯉）。但異源四倍體鯽鯉存在繁殖率低、生長(zhǎng)速度慢等不足之處，1999年，劉少軍開始主持異源四倍體鯽鯉遺傳改良研究。經(jīng)過連續(xù)20年的研究，他提出了無須染色體加倍處理的雌核發(fā)育技術(shù)，建立了雌核發(fā)育二倍體鯽鯉克隆體系（G1-G10），并用其大規(guī)模研制了具有產(chǎn)精量多，產(chǎn)卵率高，生長(zhǎng)速度快、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的改良四倍體鯽鯉品系，解決了大規(guī)模生產(chǎn)三倍體魚需要大量四倍體魚難題；另外還研制了改良二倍體紅鯽；用改良四倍體鯽鯉與改良二倍體紅鯽等交配大規(guī)模制備了具有生長(zhǎng)速度快、肉質(zhì)鮮嫩、抗逆性強(qiáng)、不育等優(yōu)點(diǎn)的湘云鯽2號(hào)等改良三倍體魚。

團(tuán)隊(duì)合影

從“吃魚難”到“吃好魚”，省部共建淡水魚類發(fā)育生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室凝聚了父子兩代人的心血。“父親對(duì)我影響很大，從小我就經(jīng)常跟著他去池塘邊觀摩和學(xué)習(xí)養(yǎng)魚的技術(shù)，基本上每天早上6點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)出發(fā)，而這個(gè)習(xí)慣我也一直保持至今?！眲⑸佘娬f。至今，他每天都要在基地巡池兩三次，數(shù)十年如一日，練就了一雙“火眼金睛”，總是能一針見血地指出其中的問題。2008年冰災(zāi)，劉少軍帶著團(tuán)隊(duì)堅(jiān)守在基地，每天帶頭破冰，給“魚崽”們創(chuàng)造更好的生存條件，使很多魚類雜交魚品系等寶貴的魚類資源材料得以保留下來。

身教重于言傳。在劉少軍的影響下，他的學(xué)生們都不會(huì)偷懶、不會(huì)耍小聰明，在科研中，粗活細(xì)活都是一把好手，既能下水打魚、又能熟練掌握現(xiàn)代高科技生物學(xué)技術(shù)，成為“下得了池塘，出得了廳堂”的優(yōu)秀學(xué)生。在繼承與發(fā)揚(yáng)中成長(zhǎng)起來的劉少軍，希望省部共建淡水魚類發(fā)育生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將“漁夫精神”一直貫徹下去。

實(shí)驗(yàn)室走廊上醒目的16字室訓(xùn)，劉少軍和團(tuán)隊(duì)對(duì)其內(nèi)涵都達(dá)成了一致。育種研究屬于實(shí)驗(yàn)科研，“腳踏實(shí)地”指的是必須要遵循其中的特點(diǎn)和規(guī)律，以海量實(shí)驗(yàn)作為研究基礎(chǔ)，沒有捷徑可循；“探索創(chuàng)新”明確提出，要敢于向傳統(tǒng)觀念挑戰(zhàn)，只有不斷創(chuàng)新，才有可能取得突破性成績(jī)；做科研要注重平時(shí)一點(diǎn)一滴的積累，艱苦努力需“持之以恒”；同樣的，做研究要沉得住氣、耐得住寂寞，保持不卑不亢的心態(tài)，終會(huì)迎來“水到渠成”的成功。

“我們立足于國(guó)家漁業(yè)整體發(fā)展及湖南漁業(yè)千億產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，結(jié)合湖南的資源優(yōu)勢(shì)，圍繞魚類遠(yuǎn)緣雜交等技術(shù)形成可育品系的遺傳、繁殖機(jī)制關(guān)鍵科學(xué)問題設(shè)立魚類生殖發(fā)育及遺傳育種、魚類重要生物學(xué)性狀形成機(jī)制和魚類健康養(yǎng)殖3個(gè)研究方向?！眲⑸佘娬J(rèn)為，實(shí)驗(yàn)室研究方向要明確，但學(xué)生們應(yīng)該保持好奇心，去探索“未知領(lǐng)域”?！扒安痪?，有一個(gè)美國(guó)做魚類研究的教授主動(dòng)聯(lián)系我們，跑過來學(xué)了兩天我們做魚類染色體的技術(shù)?！眲⑸佘姙榇烁械绞肿院?，這個(gè)技術(shù)就是劉少軍帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)過多年的探索總結(jié)出來成熟可行的技術(shù)。

法國(guó)國(guó)立農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所專家一行來訪留念

作為團(tuán)隊(duì)靈魂人物，劉少軍極為注重學(xué)術(shù)交流，他不僅是Frontiers in Genetics、Marine Biotechnology編委，還作為發(fā)起人之一召集了“海峽兩岸魚類生理和養(yǎng)殖”學(xué)術(shù)會(huì)議（已辦八屆），并組織了“動(dòng)物遺傳育種及健康養(yǎng)殖學(xué)術(shù)研討會(huì)”等多個(gè)全國(guó)性學(xué)術(shù)會(huì)議。他出版的《魚類遠(yuǎn)緣雜交》被中國(guó)科學(xué)院院士桂建芳評(píng)價(jià)為“水產(chǎn)學(xué)研究領(lǐng)域不可多得的原創(chuàng)性著作”，印度科學(xué)院院士Pandian T.J還采用其論文結(jié)果作為自己專著的封面圖。

不知不覺中，實(shí)驗(yàn)室逐漸形成一支系統(tǒng)開展魚類雜交育種及健康養(yǎng)殖的高水平科研團(tuán)隊(duì)，“淡水魚類遠(yuǎn)緣雜交關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”成果被認(rèn)為“居同類研究國(guó)際領(lǐng)先水平”；“淡水魚類發(fā)育生物學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”獲“全國(guó)專業(yè)技術(shù)人才先進(jìn)集體”等榮譽(yù)。多年來，劉少軍以第一或通訊作者在PNAS等期刊發(fā)表SCI論文120篇，也使實(shí)驗(yàn)室成為國(guó)際上雜交魚及雜交動(dòng)物領(lǐng)域發(fā)表SCI文章最多的團(tuán)隊(duì)。

“為我國(guó)魚類遺傳育種和健康養(yǎng)殖提供系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐；研制一批優(yōu)良魚類品種，構(gòu)建優(yōu)質(zhì)魚類健康養(yǎng)殖模式；建成淡水魚類發(fā)育生物學(xué)研究的重要平臺(tái)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)湖南千億漁業(yè)產(chǎn)值目標(biāo)，促進(jìn)湖南乃至全國(guó)現(xiàn)代漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！笔〔抗步ǖ~類發(fā)育生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批建設(shè)以來，這就是劉少軍團(tuán)隊(duì)明確要追尋的目標(biāo)?！皻w根結(jié)底還是，讓人們吃好魚，吃放心魚?！眲⑸佘娫俅螐?qiáng)調(diào)。