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國際首個“對蝦”圖譜發表 中國對蝦養殖不再怕壟斷
【食品信息網】 來源:青島日報/青島觀/青報網 時間:2019-01-24

  有了這個圖譜,對蝦育苗不用再“摸瞎”

  中科院海洋所破譯對蝦基因組“密碼”並獲國際首個對蝦基因組參考圖譜

  青島日報/青島觀/青報網訊 凡納濱對蝦,俗稱南美白對蝦,因其適應性強、經濟價值高等特點,在我國南方、北方,淡水、海水均有養殖,是百姓餐桌上的重要蛋白質來源之一。中國的南美白對蝦養殖業近幾年來産量和規模已居世界第一位,但由于苗種主要靠國外引進,優良種質這一關鍵環節被國外壟斷,産業發展受限嚴重。日前,由中科院海洋研究所相建海和李富花研究組主導,與國內外多家單位共同合作,曆時十年成功破譯凡納濱對蝦基因組“密碼”,獲得了世界上首個且高質量的對蝦基因組參考圖譜,研究成果1月21日在《自然》雜志子刊《自然通訊》在線發表,該成果爲實現南美白對蝦的全基因組育種打下堅實基礎。

  ▲凡納濱對蝦。

  白對蝦産量全球第一,優質苗種繁育卻迫在眉睫

  “全球南美白對蝦總産量大概在400萬噸左右,占到蝦類養殖産量的80%以上,國內養殖産量占全球四分之一多。”中科院海洋所研究員李富花告訴記者,南美白對蝦因其適應性強、經濟價值高,從上世紀90年代左右起在我國大規模、大面積推廣養殖,是目前市場上居民購買最多的蝦類水産品之一。但就是這樣一種和百姓餐桌息息相關的水産品,由于其苗種主要是依靠每年從國外引進,産業發展十分受限。據了解,從國外引進親蝦,苗種質量不穩定,同時經濟代價還十分高昂。

  “進口一對種蝦需要100美元左右,每年在進口種蝦上中國要花費近3000萬美元,而且進口的種蝦難以保證品質,同時還容易受到國外限制,在國內培育優質對蝦種苗迫在眉睫。”李富花說。記者在網上查閱相關資料,發現近幾年來我國的南美白對蝦産量數據波動較大,相關專家分析原因是受病害增多,其中苗種質量良莠不齊是關鍵問題,已然成爲限制我國南美白對蝦養殖端的命門。

  “要實現親蝦的‘中國制造’,必須破譯對蝦的基因組,這是實現全基因組育種的前提和基礎。”海洋所研究員張曉軍是該文章的共同第一作者,他向記者解釋了全基因組育種的必要性。傳統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,種質退化現象十分嚴重,養殖風險始終居高不下。相比之下全基因組育種可以篩選對蝦個體優勢,培育最適合養殖的對蝦品種。“比如這個抗病性好,那個成長速度快,把這些優質基因篩選出來,實現‘定制’最適合養殖、經濟産量最高的對蝦品種。當然,前提是掌握了對蝦基因組參考圖譜。”張曉軍說。

  ▲李富花在實驗室展示研究用的凡納濱對蝦。

  獲國際首個對蝦“圖譜”,親蝦“中國造”已提上日程

  記者采訪的前一天,李富花剛剛在北京參加完科技部2018“藍色糧倉”專項項目的推進會議返回青島。她告訴記者,此次由海洋所牽頭的“重要養殖蝦蟹類良種創制與健康苗種繁育”項目正是用到了他們的研究成果,親蝦“中國造”已提上日程。

  “2009年左右,我們開啓了對凡納濱對蝦的基因組測序研究,曆時十年才有了如今的成果,研發過程殊爲不易。”說起研發,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的高複雜基因組,1996年國際上開始啓動5種水産動物的基因組測序工作,大馬哈魚、羅非魚、鲶魚、牡蛎這四種陸續成功實現測序,但對蝦的測序卻遲遲未能解決。”

  張曉軍告訴記者,人類基因組大概有30億對堿基,而對蝦的基因組堿基數量只有人的三分之二,以目前的技術水平,幾天時間就能實現測試一個人的基因組。爲什麽實現對蝦的基因組測序更難呢?“對蝦的基因組組成十分複雜,簡單重複的串聯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,也難以拼成整個對蝦的基因組參考圖譜。”張曉軍形象的將這個過程比作拼圖,當你拿到幾張形狀、大小都一樣的“拼圖碎片”,往哪裏拼接才正確就成爲了難題。

  “我們嘗試了一代到三代的各種測序平台以及各種組裝軟件,曾屢敗屢戰。2014年團隊引進第三代測序儀器後,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。”張曉軍告訴記者,這也是國際上首個且高質量的對蝦基因組參考圖譜,研究成果在《自然》雜志子刊《自然通訊》在線發表後立即有很多下載量。“很多國家都在研究對蝦的基因組測序,近年來成果卻寥寥無幾,這次成果的發表也是受到了業內極大關注。”張曉軍說。


  ▲對蝦基因組重測序。

  對蝦一生大“解密”,這些特征都和基因有關

  對蝦基因組的參考圖譜發布,對于學界意義重大。研究組通過研究發現,對蝦物種的大量特異性基因和大量串聯重複基因存在,和對蝦科的特異性進化有密切聯系。

  對蝦生活在海底,是怎麽接收光線的?爲什麽對蝦每次都“活蹦亂跳”?對蝦爲什麽一生要經曆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,通過研究發現,對蝦擁有非常發達的視覺系統和神經系統,對蝦有一對連接眼柄能自由活動的複眼,每只複眼包含約5.5-8萬個小眼,具有非常廣的視角,能夠識別出許多人類看不見的顔色以及不同波長的光線。“我們發現對蝦感受長波長的基因達到了42個,是人類的好幾倍,這可能是蝦適應底棲生活産生的基因改變。”李富花說,非常有意思的現象還有對蝦的神經傳導速度非常快,達到每秒200米,即使神經系統發達的章魚速度也不及其十分之一,這和大量與神經信號傳導相關的基因發生擴張密不可分。

  “蛻皮是蛻皮動物的典型特征,對蝦一生經過約50次蛻皮,遠多于昆蟲。通過比較發現,對蝦擁有一條強化的蛻皮信號調控通路,該通路上大量基因都發生了擴張,還有多個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,養殖對蝦將更有針對性。

  “利用分子標記輔助選育、全基因組關聯育種和分子設計育種等新技術,意味著今後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。”李富花已經可以看到未來“藍色糧倉”的富裕景象。

  (記者 鄭文斌)
——————【正文完】——————

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