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”并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產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，產業發展受限嚴重。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，歷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，該成果為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。
白對蝦產量全球第一，優質苗種繁育卻迫在眉睫
“全球南美白對蝦總產量大概在400萬噸左右，占到蝦類養殖產量的80%以上，國內養殖產量占全球四分之一多?！敝锌圃汉Ｑ笏芯繂T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產品之一。但就是這樣一種和百姓餐桌息息相關的水產品，由于其苗種主要是依靠每年從國外引進，產業發展十分受限。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?！崩罡换ㄕf。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產量數據波動較大，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，已然成為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?！焙Ｑ笏芯繂T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?！氨热邕@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、經濟產量最高的對蝦品種。當然，前提是掌握了對蝦基因組參考圖譜?！睆垥攒娬f。
▲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，我們開啟了對凡納濱對蝦的基因組測序研究，歷時十年才有了如今的成果，研發過程殊為不易?！闭f起研發，張曉軍坦言其中過程的艱辛，可謂十年磨一劍?！皩ξr基因組是世界上公認的高復雜基因組，1996年國際上開始啟動5種水產動物的基因組測序工作，大馬哈魚、羅非魚、鯰魚、牡蠣這四種陸續成功實現測序，但對蝦的測序卻遲遲未能解決?！?br />
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。為什么實現對蝦的基因組測序更難呢?“對蝦的基因組組成十分復雜，簡單重復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?！睆垥攒娦蜗蟮膶⑦@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”，往哪里拼接才正確就成為了難題。
“我們嘗試了一代到三代的各種測序平臺以及各種組裝軟件，曾屢敗屢戰。2014年團隊引進第三代測序儀器后，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?！睆垥攒姼嬖V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》在線發表后立即有很多下載量?！昂芏鄧叶荚谘芯繉ξr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?！睆垥攒娬f。
▲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復基因存在，和對蝦科的特異性進化有密切聯系。
對蝦生活在海底，是怎么接收光線的?為什么對蝦每次都“活蹦亂跳”?對蝦為什么一生要經歷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復眼，每只復眼包含約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顏色以及不同波長的光線?！拔覀儼l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產生的基因改變?！崩罡换ㄕf，非常有意思的現象還有對蝦的神經傳導速度非?？?，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?！崩罡换ㄕf，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，意味著今后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?！崩罡换ㄒ呀浛梢钥吹轿磥怼八{色糧倉”的富裕景象。
(記者 鄭文斌)
|
