——中科院海洋所破譯對蝦基因組“密碼”，獲國際首個(gè)對蝦基因組參考圖譜
李富花在實(shí)驗(yàn)室展示研究用的凡納濱對蝦
凡納濱對蝦
青島日報(bào)記者 鄭文斌
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(jīng)歷50次蛻皮？這些問題都能通過基因組圖譜來解密。
日前，由中科院海洋研究所相建海和李富花研究組主導(dǎo)，與國內(nèi)外多家單位共同合作，歷時(shí)十年成功破譯了凡納濱對蝦基因組“密碼”，獲得了世界上首個(gè)且高質(zhì)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(fā)表，該成果為實(shí)現(xiàn)南美白對蝦全基因組育種打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
白對蝦產(chǎn)量全球第一，優(yōu)質(zhì)苗種繁育卻迫在眉睫
“全球南美白對蝦總產(chǎn)量在400萬噸左右，占到蝦類養(yǎng)殖產(chǎn)量的80%以上，國內(nèi)養(yǎng)殖產(chǎn)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(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，從上世紀(jì)90年代左右起在我國大規(guī)模、大面積推廣養(yǎng)殖，是目前市場上居民購買最多的蝦類水產(chǎn)品之一。但就是這樣一種和百姓餐桌息息相關(guān)的水產(chǎn)品，由于其苗種主要依靠每年從國外引進(jìn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分受限。據(jù)了解，從國外引進(jìn)親蝦，苗種質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)代價(jià)還十分高昂。
“進(jìn)口一對種蝦需要100美元左右，每年在進(jìn)口種蝦上中國要花費(fèi)近3000萬美元，而且進(jìn)口種蝦難以保證品質(zhì)，同時(shí)還容易受到國外限制，在國內(nèi)培育優(yōu)質(zhì)對蝦種苗迫在眉睫?！崩罡换ㄕf。記者在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)近年來我國南美白對蝦產(chǎn)量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，相關(guān)專家分析原因是受病害增多，其中苗種質(zhì)量良莠不齊是關(guān)鍵問題，已然成為限制我國南美白對蝦養(yǎng)殖端的命門。
“要實(shí)現(xiàn)親蝦的‘中國制造’，必須破譯對蝦的基因組，這是實(shí)現(xiàn)全基因組育種的前提和基礎(chǔ)?！敝锌圃汉Ｑ笏芯繂T張曉軍是該文章的第一作者，他向記者解釋了全基因組育種的必要性：傳統(tǒng)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(zhì)退化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)始終居高不下。相比之下，全基因組育種可以篩選對蝦個(gè)體優(yōu)勢，培育最適合養(yǎng)殖的對蝦品種?！氨热邕@個(gè)抗病性好，那個(gè)成長速度快，把這些優(yōu)質(zhì)基因篩選出來，實(shí)現(xiàn)‘定制’最適合養(yǎng)殖、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高的對蝦品種。當(dāng)然，前提是掌握對蝦基因組參考圖譜?！?/p>
獲國際首個(gè)對蝦“圖譜”，親蝦“中國造”提上日程
采訪前一天，赴京參加完科技部2018“藍(lán)色糧倉”專項(xiàng)項(xiàng)目推進(jìn)會(huì)的李富花剛剛返青。她告訴記者，此次由海洋所牽頭的“重要養(yǎng)殖蝦蟹類良種創(chuàng)制與健康苗種繁育”項(xiàng)目用到了他們的研究成果，親蝦“中國造”提上日程。
“2009年左右，我們開啟對凡納濱對蝦的基因組測序研究，歷時(shí)十年才有了如今的成果，研發(fā)過程殊為不易?！闭f起研發(fā)，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(rèn)的高復(fù)雜基因組，1996年國際上開始啟動(dòng)5種水產(chǎn)動(dòng)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(xù)成功實(shí)現(xiàn)測序，但對蝦的測序遲遲未能解決。”
張曉軍說，人類基因組大概有30億對堿基，而對蝦的基因組堿基數(shù)量只有人的三分之二，以目前的技術(shù)水平，幾天時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)測試一個(gè)人的基因組。為什么實(shí)現(xiàn)對蝦的基因組測序更難呢？“對蝦的基因組組成十分復(fù)雜，簡單重復(fù)的串聯(lián)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(gè)對蝦的基因組參考圖譜?！睆垥攒娦蜗蟮貙⑦@個(gè)過程比作拼圖，當(dāng)你拿到幾塊形狀、大小不一的“拼圖碎片”，往哪里拼接才算正確就成了難題。
“我們嘗試了一代到三代的各種測序平臺(tái)以及各種組裝軟件，屢敗屢戰(zhàn)。2014年團(tuán)隊(duì)引進(jìn)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(gè)且高質(zhì)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(fā)表后立即有很多下載量。“很多國家都在研究對蝦的基因組測序，近年來成果寥寥無幾，這次成果的發(fā)表受到了業(yè)內(nèi)極大關(guān)注?！?/p>
對蝦一生大解密，養(yǎng)殖將更有針對性
研究組通過研究發(fā)現(xiàn)，對蝦物種的大量特異性基因和大量串聯(lián)重復(fù)基因存在，和對蝦科的特異性進(jìn)化有密切聯(lián)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(jīng)歷約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(fā)現(xiàn)，對蝦擁有非常發(fā)達(dá)的視覺系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，對蝦有一對連接眼柄能自由活動(dòng)的復(fù)眼，每只復(fù)眼包含約5.5—8萬個(gè)小眼，具有非常廣的視角，能夠識(shí)別出許多人類看不見的顏色及不同波長的光線。
“我們發(fā)現(xiàn)對蝦感受長波長的基因達(dá)到了42個(gè)，是人類的好幾倍，這可能是對蝦適應(yīng)底棲生活產(chǎn)生的基因改變。”李富花說，非常有意思的現(xiàn)象還有對蝦的神經(jīng)傳導(dǎo)速度非常快，達(dá)到每秒200米，即使神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)達(dá)的章魚速度也不及其十分之一，這和大量與神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的基因發(fā)生擴(kuò)張密不可分。
“蛻皮是蛻皮動(dòng)物的典型特征，對蝦一生經(jīng)歷約50次蛻皮，遠(yuǎn)多于昆蟲。通過比較發(fā)現(xiàn)，對蝦擁有一條強(qiáng)化的蛻皮信號(hào)調(diào)控通路，該通路上大量基因都發(fā)生了擴(kuò)張，還有多個(gè)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(yǎng)殖對蝦將更有針對性。
“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?！薄澳厦腊讓ξr在內(nèi)陸也能養(yǎng)殖，只是不能進(jìn)行淡水繁殖，在口味上海水蝦比淡水蝦口感更緊實(shí)、甘甜。南美白對蝦離水存活時(shí)間長、可以長途運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，都使其得到了消費(fèi)者喜愛，未來必將更加豐富百姓的餐桌?！崩罡换ǖ闹v述，為我們展示了“藍(lán)色糧倉”造福百姓的瑰麗愿景。
南美白對蝦小檔案
學(xué)名：凡納濱對蝦，是三大養(yǎng)殖對蝦中單產(chǎn)量最高的蝦種。
身長：成體最長可達(dá)24厘米，甲殼較薄，正常體色為淺青灰色，全身不具斑紋，步足常呈白堊狀，故也有白肢蝦之稱。
特點(diǎn)：白天一般靜伏池底，入暮后則活動(dòng)頻繁，屬雜食性，具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長速度快、抗病能力強(qiáng)等三大特點(diǎn)，幼苗經(jīng)100多天的培養(yǎng)即可長成成體，可生活在海水、咸淡水和淡水中，因此在我國南方、北方，淡水、海水均有養(yǎng)殖。
肉質(zhì)：在口味上海水養(yǎng)殖的南美白對蝦比淡水蝦口感更緊實(shí)、甘甜，對水環(huán)境因子變化適應(yīng)能力較強(qiáng)，具有對飼料蛋白含量要求低、出肉率高達(dá)65%以上、離水存活時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，是集約化高產(chǎn)養(yǎng)殖的優(yōu)良品種
