水產(chǎn)抗病抗逆理論的實(shí)踐之路

文/本刊記者楊陽

浮標(biāo)下為養(yǎng)殖的各種貝類（資料圖）

我國是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國。 2019 年,我國水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量已經(jīng)超過5000 萬噸, 為增加城鄉(xiāng)居民優(yōu)質(zhì)動(dòng)物蛋白供應(yīng)、保障我國食物安全和促進(jìn)全球水產(chǎn)品有效供給作出了重要貢獻(xiàn)。

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展和市場需求的增多，養(yǎng)殖密度不斷增加，養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境不斷惡化，水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的病害隨之發(fā)生， 出現(xiàn)水產(chǎn)產(chǎn)量下降、質(zhì)量降低等現(xiàn)象。 這些問題的出現(xiàn)與養(yǎng)殖環(huán)境、養(yǎng)殖密度、養(yǎng)殖模式及自然氣候等都有關(guān)系，培育抗逆能力強(qiáng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖生物品種是解決這些問題的重要途徑之一。

一直以來，國內(nèi)關(guān)于水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的育種研究主要集中在生長性狀方面，在抗病抗逆育種研究方面，除魚類抗病抗逆育種研究較多外，其他種類如蝦蟹、貝類、藻類、棘皮類等水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的抗病抗逆性狀的研究相對較少。 因此，開展水產(chǎn)養(yǎng)殖生物抗病抗逆的遺傳基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制研究、加快培育抗病抗逆能力強(qiáng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖生物新品種迫在眉睫。國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“藍(lán)色糧倉科技創(chuàng)新”重點(diǎn)專項(xiàng)“重要水產(chǎn)養(yǎng)殖生物抗病和抗逆性狀的遺傳基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制”項(xiàng)目（以下簡稱“項(xiàng)目”）聚焦制約水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的核心問題，瞄準(zhǔn)重要水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的關(guān)鍵抗性因素，從魚、蝦蟹、貝、藻、參等不同養(yǎng)殖生物抗性性狀形成的遺傳基礎(chǔ)、調(diào)控機(jī)制及關(guān)聯(lián)機(jī)理等三個(gè)層面開展研究，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵物種抗性機(jī)制的理論突破，建立了抗性基因的細(xì)胞功能驗(yàn)證平臺(tái)與技術(shù)，培育出羅非魚“壯羅1 號(hào)”、暗紋東方鲀“中洋1 號(hào)”、耐高溫牡蠣、抗病鏡鯉等新品種（系），有力推動(dòng)了我國水產(chǎn)種業(yè)的發(fā)展。

全產(chǎn)業(yè)鏈視角，“抗病”從理論走向?qū)嵺`

羅非魚具有生長快、產(chǎn)量高、食性雜等特點(diǎn)，是聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的世界性優(yōu)良養(yǎng)殖魚種之一。但隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大、養(yǎng)殖環(huán)境的惡化，羅非魚鏈球菌病頻繁爆發(fā)， 其中無乳鏈球菌是當(dāng)前的首要病原。 無乳鏈球菌病每年造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)50 億元，已成為羅非魚養(yǎng)殖過程中的“惡魔”。 目前主要通過投喂抗生素類藥物來防控該病， 但這會(huì)引起環(huán)境污染、藥物殘留和魚品質(zhì)下降等一系列嚴(yán)重后果。

因此，培育出抗病新品種成為突破羅非魚產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸的重要保障。

“我們的項(xiàng)目屬于應(yīng)用基礎(chǔ)研究， 重點(diǎn)需要解析產(chǎn)業(yè)中面臨的抗病抗逆基礎(chǔ)理論， 在此基礎(chǔ)上，要將理論研究的成果應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去。 ”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國水產(chǎn)科學(xué)院黃海研究所研究員邵長偉對記者說道，“我們從全產(chǎn)業(yè)鏈角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了抗病理論、育種技術(shù)到新品種的貫通。 以‘壯羅1 號(hào)’為例，這一抗病新品種的培育為魚類抗病新品種創(chuàng)制樹立了典范，也為解決羅非魚養(yǎng)殖過程中無乳鏈球菌病害問題提供了解決方案。 ”

項(xiàng)目在重要水產(chǎn)養(yǎng)殖生物抗病與抗逆性狀的遺傳基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制研究基礎(chǔ)上，研發(fā)出抗病基因組選擇育種、 基于靶向測序的高通量抗性基因篩選、 壇紫菜絲狀體黃斑病的噬菌體療法等技術(shù)，并成功應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖生物抗性育種實(shí)踐。

羅非魚“壯羅1號(hào)”親本（圖片提供：朱佳杰）

項(xiàng)目組成員朱佳杰研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建吉富羅非魚家系， 開展人工腹腔注射感染無乳鏈球菌，記錄各家系魚的死亡時(shí)間和存活率等表型信息，比較了抗病與易感個(gè)體間免疫基因的甲基化和mRNA水平的差異，首次發(fā)現(xiàn)免疫相關(guān)基因啟動(dòng)子的甲基化水平能抑制mRNA 的表達(dá)， 從而影響到個(gè)體的抗病力，揭示了羅非魚抗病性狀的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，為羅非魚抗病育種提供了理論依據(jù)。同時(shí)，利用基因組重測序技術(shù)獲得不同個(gè)體的基因型信息，進(jìn)而創(chuàng)建了羅非魚抗細(xì)菌性病全基因組選擇育種技術(shù)，發(fā)明了一種羅非魚抗無乳鏈球菌病優(yōu)良品系的選育方法， 實(shí)現(xiàn)了抗病性狀和生長性狀的同步選育。 利用該選育方法，經(jīng)連續(xù)4 代選育后育成了國審新品種——羅非魚“壯羅1 號(hào)”。

在相同養(yǎng)殖條件下， 與普通吉富羅非魚相比，羅非魚“壯羅1 號(hào)”抗無乳鏈球菌侵染能力平均提高25.57%，養(yǎng)殖成活率平均提高19.19%，生長速度平均提高12.06%，適宜在廣西、廣東、海南和云南等省區(qū)人工可控的淡水水體中養(yǎng)殖。

近三年， 在我國羅非魚主產(chǎn)區(qū)廣西、 廣東、海南、云南，以及越南和老撾等東盟國家已累計(jì)推廣羅非魚“壯羅1 號(hào)”苗種1.5 億尾，養(yǎng)殖面積達(dá)6 萬多畝，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?！皦蚜_1 號(hào)”羅非魚新品種的推廣應(yīng)用有力促進(jìn)羅非魚養(yǎng)殖業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展，為助力鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興和漁民增收奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對我國淡水魚養(yǎng)殖業(yè)的提質(zhì)增效和可持續(xù)發(fā)展也有一定的借鑒作用。

項(xiàng)目貝類抗逆課題團(tuán)隊(duì)查看養(yǎng)殖區(qū)牡蠣的生長情況（圖片提供：黎奧）

耐高溫牡蠣，“抗逆”理論緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求

牡蠣是世界第一大養(yǎng)殖貝類，也是我國傳統(tǒng)的大宗養(yǎng)殖貝類， 我國牡蠣產(chǎn)量占國際牡蠣產(chǎn)量的70%以上。牡蠣是人類可利用的重要海洋生物資源之一，為全球性分布種類。牡蠣不僅肉鮮味美、營養(yǎng)豐富,而且具有獨(dú)特的保健功能和藥用價(jià)值，是一種營養(yǎng)價(jià)值很高的海產(chǎn)珍品，牡蠣的含鋅量居人類食物之首。

乳山，中國牡蠣之鄉(xiāng)。乳山牡蠣生長海域、鹽度適中，水質(zhì)肥沃，餌料豐富，達(dá)到國家一級(jí)養(yǎng)殖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 得天獨(dú)厚的自然條件，塑造了乳山牡蠣獨(dú)一無二的品質(zhì)，即具有個(gè)體較大、肥滿度高、肉質(zhì)爽滑、味道鮮美等特點(diǎn)。但每年5 月到9 月，乳山等主產(chǎn)區(qū)基本沒有牡蠣成品上市。

除了夏季繁殖期的牡蠣因產(chǎn)卵“噴漿”導(dǎo)致肉質(zhì)萎縮、口感下降等因素以外，由于牡蠣不耐高溫，在夏季的批量死亡造成乳山等牡蠣主產(chǎn)區(qū)夏季少養(yǎng)牡蠣或不養(yǎng)牡蠣的局面。

牡蠣等貝類的夏季大規(guī)模死亡是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)之一， 僅2017 年牡蠣規(guī)模死亡造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)36 億元。 導(dǎo)致牡蠣等貝類大規(guī)模死亡的原因比較復(fù)雜，但環(huán)境持續(xù)高溫或溫度驟變是造成牡蠣等海洋水產(chǎn)動(dòng)物大規(guī)模死亡的重要脅迫因子，研究牡蠣高溫耐受分子機(jī)制并對其遺傳改良是解決其大規(guī)模死亡產(chǎn)業(yè)難題的重要技術(shù)途徑。因此，對牡蠣溫度適應(yīng)性和熱耐受性機(jī)制的研究成為培育高溫抗性新品種的迫切需要。

水產(chǎn)動(dòng)物高溫抗性性狀是復(fù)雜性狀，增加了遺傳解析與育種應(yīng)用的復(fù)雜度以及難度。項(xiàng)目相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在對抗性表型進(jìn)行深入遺傳解析的基礎(chǔ)上，挖掘HSP 等高溫抗性關(guān)鍵基因及其調(diào)控元件，建立高溫耐受分子模塊化育種技術(shù)，結(jié)合急性高溫應(yīng)激選擇，育成了高溫耐受新品系。 不僅為培育耐高溫新品種進(jìn)而解決牡蠣夏季大規(guī)模死亡等產(chǎn)業(yè)難題奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為抗逆新品種的培育提供了新途徑。

（圖片提供：李莉）

“我認(rèn)為基礎(chǔ)理論研發(fā)需要和產(chǎn)業(yè)研發(fā)聯(lián)動(dòng)， 我們做理論研究要瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心問題。 ”項(xiàng)目貝類抗逆課題負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院海洋研究所研究員李莉?qū)τ浾哒f，“生產(chǎn)實(shí)踐是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室成果的重要標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)的新品種、新技術(shù)適不適合生產(chǎn)，就要把新品種、新技術(shù)推廣到生產(chǎn)實(shí)踐中，看養(yǎng)殖戶的口碑。 只有養(yǎng)殖戶打心底認(rèn)可的新品種、新技術(shù)，才能算得上真正的好品種、好技術(shù)。 ”

瞄準(zhǔn)牡蠣夏季耐高溫這一抗逆性需求， 項(xiàng)目相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)從表型組和基因組層面揭示選育群體和對照群體的差異， 進(jìn)而建立耐牡蠣高溫新品系的培育路徑。在表型組層面，建立了牡蠣半致死溫度、呼吸代謝率、心率以及無氧代謝產(chǎn)物等應(yīng)對高溫脅迫的主要抗性指標(biāo)評價(jià)體系； 在基因組層面， 闡明了抗性群體與對照群體的基因組結(jié)構(gòu)以及基因表達(dá)的表觀調(diào)控差異。

“我們在乳山開展了中試養(yǎng)殖， 根據(jù)養(yǎng)殖位置、海水深淺等因素不同設(shè)置了5 個(gè)測試點(diǎn)。經(jīng)過測試， 一些測試點(diǎn)的該新品系的綜合抗性能力甚至比實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的表現(xiàn)還要強(qiáng)， 在局部規(guī)模死亡爆發(fā)的測試海區(qū)渡夏存活率提升達(dá)到了200%。 ”李莉?qū)τ浾哒f。

目前， 這一耐熱性牡蠣行品系已培育至第四代，并在牡蠣主養(yǎng)區(qū)乳山進(jìn)行現(xiàn)中試養(yǎng)殖，規(guī)模超過5000 畝。 通過耐高溫品系性能評估發(fā)現(xiàn)，其室內(nèi)抗存活率實(shí)驗(yàn)其抗性能力提升了24.2%， 海區(qū)渡夏存活率提升30～200%。

“養(yǎng)殖戶的選擇對于我們的研究來說是最好的肯定?！崩罾?qū)τ浾哒f，“我們中試養(yǎng)殖過程中的一些養(yǎng)殖戶在養(yǎng)殖這個(gè)新品系后，獲得了收益，我們再去測試點(diǎn)時(shí)都很熱情。 解決生產(chǎn)一線的實(shí)際問題，‘將論文寫在大地上’， 讓養(yǎng)殖戶得到實(shí)惠，這是我們科研成果價(jià)值的重要體現(xiàn)。 ”

這一牡蠣新品系與目前前沿種業(yè)的三倍體牡蠣相結(jié)合，提高了牡蠣夏季養(yǎng)殖成活率，解決了牡蠣養(yǎng)殖在夏季大規(guī)模死亡的產(chǎn)業(yè)難題， 有效填補(bǔ)牡蠣銷售市場夏季空窗期， 實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)牡蠣的全年生產(chǎn)，開創(chuàng)了牡蠣養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的新業(yè)態(tài)，極大地促進(jìn)養(yǎng)殖戶增產(chǎn)增收。