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探索遠緣雜交規律創制優良魚類——記我校2018年度國家科學技術進步獎二等獎獲獎項目“淡水魚類遠緣雜交關鍵技術及應用”

發布人:日期:2019-04-23 13:12浏覽數:

本报记者 蔡颂 汤陈宸 魚類富含蛋白質和不飽和脂肪酸,是人們日常生活中不可缺少的重要蛋白質來源。良種是漁業發展的龍頭,在該領域占有很重要地位。遠緣雜交可以使得雜交後代在遺傳結構和表型方面發生顯著變化,通過遠緣雜交形成可育品系或者優良品種,具有重要意義。

魚類有32000多種,是世界上種類最多的脊椎動物,爲遠緣雜交育種提供了非常豐富的親本資源。然而,傳統的孟德爾遺傳規律只適用于近緣雜交育種,在魚類遠緣雜交育種中,長期以來缺乏系統的遺傳規律和育種技術,導致盲目雜交、低效率雜交等不良現象。另外,由于種間生殖隔離等因素,一般認爲動物遠緣雜交難以形成可育品系。探索魚類遠緣雜交的遺傳和繁殖規律,具有重要意義。

针对上述问题,我校省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室主任刘少军教授带领的研究团队在相关研究领域工作贡献突出,刘少军主持的科研項目“淡水鱼类远缘杂交关键技术及应用”获得了2018年度国家科学技术进步奖二等奖。我校为第一完成单位,这是该团队继2011年后再次获得该类大奖。

數十載如一日,揭示魚類遠緣雜交規律

在學校的江邊學生公寓旁,有一個占地11畝,大大小小34個魚池,近120個大魚缸的湖南省魚類遺傳育種中心實驗基地。每年的3到6月是魚類産卵的季節,也是這個實驗基地最爲忙碌的時期,大規模的雜交實驗就是在這裏開展。“魚不好養啊,和培育農作物一樣,要搶季節”。在這期間,劉少軍帶領科研團隊幾乎不外出,每天都是“泡在”實驗基地,觀察親魚産卵、魚苗孵化、魚苗生長等情況。“魚類産卵從淩晨四五點就開始了,要觀察魚類産卵情況,我們的作息時間就得跟著魚類走”劉少軍對此習以爲常。“自然界中,除非極端環境下,一般兩個不同物種的魚類不會自然雜交。因此只能創造特殊環境,讓它們交配。”在如此低概率的情況下,一年能做一兩個魚類遠緣雜交組合就不容易了。就這樣十幾年如一日,劉少軍帶領團隊一直堅持著自己的研究方向。他們以染色體數目爲100和48的魚類(包括鯉、鲫、鳊、草、鲢、鳙等重要經濟魚類)爲主要研究對象,完成了一系列個遠緣雜交組合的系統研究,獲得了一批具有存活後代的雜交組合,通過長期的系統研究,最終揭示了淡水魚類遠緣雜交的遺傳和繁殖規律,爲魚類遠緣雜交育種關鍵技術的建立提供了重要的理論支撐。

具體來說,在遺傳規律上,當母本染色體數大于父本染色體數時,突破雜交F1生殖難關,可形成同源四倍體魚品系和同源二倍體魚品系;當母本染色體數等于父本染色體數時,突破雜交F1生殖難關,可形成異源四倍體魚品系和異源二倍體魚品系;當母本染色體數目小于父本染色體數目時,難以形成存活後代。同時,首次在四倍體魚品系和二倍體魚品系中發現了嵌合基因。“嵌合基因是雜交魚品系共有的遺傳特性,可以降低不同物種的遺傳物質之間不協調性,爲雜交魚品系傳代奠定了重要的遺傳基礎。”劉少軍說。而在繁殖規律上,四倍體魚和二倍體魚雜交品系爲雌、雄兩性可育,異源四倍體魚(4n=148)産生的同源二倍體配子和同源三倍體配子是形成同源四倍體魚(4n=200)品系的重要原因;這些特殊配子的形成與早期生殖細胞的融合及核內複制等機制有關;二倍體雜交魚産生單倍體配子及其受精是形成二倍體魚品系的重要原因。

“這些規律的得出完全依靠一個一個實驗數據的積累和歸納分析而獲得,教科書中找不到可借鑒和模仿的例子。”劉少軍說。

授人以魚,亦授人以“漁”

湖南素有“魚米之鄉”的美譽,省部共建淡水魚類發育生物學國家重點實驗室就坐落在此,這也是我國目前唯一一個以“淡水魚類”命名的國家重點實驗室。作爲該實驗室的主任,劉少軍一直堅守著“讓老百姓吃好魚、吃放心魚”的夢想。然而,由于遠緣雜交研究充滿了不確定性,逐夢之路並不平坦。走在該實驗室的走廊上可以醒目的看到實驗室的室訓:腳踏實地、探索創新、持之以恒、水到渠成。這是劉少軍教授親身總結出來的科研哲理,也一直激勵著實驗室師生堅守自己的夢想。

由于魚類遠緣雜交後代中可育的雌性和雄性個體數目非常少,有時,從數以萬計的受精卵中獲得幾條存活的實驗魚就很幸運了。即使是可育的後代,也要攻克前面幾代雜交魚産生足夠的精液和卵子來形成後續品系的難關。所以,每逢魚類産卵的時節,劉少軍和他的團隊都要起早貪黑,一次次從成百上千條雜交魚裏收集珍貴的精液、卵子,小心翼翼放進培養皿裏,守候奇迹出現。即使雜交成功産生了後代,每代也至少需1年才能性成熟,有的甚至需要等到2-4年性成熟後才能繼續繁衍後代。如果要建立一個遺傳穩定的魚類新品系,有的需要4-6年,有的需要長達10多年的連續實驗和跟蹤檢測分析。正是因爲這份堅守,劉少軍帶領團隊在揭示了淡水魚類遠緣雜交的遺傳和繁殖規律基礎上,建立了適合于魚類遠緣雜交和近緣雜交的一步法和多步法共性育種關鍵技術,利用該技術研制了可代代相傳的一批四倍體魚品系和二倍體魚品系,豐富了魚類種質資源;創制了一批在生産上有重大應用價值的優良三倍體和二倍體魚類,其中合方鲫、雜交翹嘴鲂和鳊鲴雜交魚已獲得國家級水産新品種證書,豐富了老百姓的菜籃子;産生了顯著的經濟和社會效益。

該團隊建立的一步法和多步法育種技術作爲一種重要的共性育種技術,對魚類雜交育種具有重要的指導作用。所謂一步法育種技術,就是在雙親染色體數目相同前提下,選育具有雜交優勢F1群體的育種技術。該類雜交組合的F1在外形、生長速度等方面保持一致,可作爲具有雜交優勢的候選群體。團隊通過對該類雜交組合的雙親染色體數目、表型特征及其F1的生物學特性進行系統研究,選育出一批具有明顯雜交優勢的F1。團隊突破遠緣雜交F1生殖難關,建立了10個可育的四倍體和二倍體魚品系;利用這些新型品系研制了多種優良三倍體和二倍體魚類。用同源四倍體魚品系與鯉魚交配制備了新型異源三倍體鯉。

該團隊還利用多步法技術首次證明了鯉—鲫—金魚的雜交形成途徑;不但創制了新型鲫、錦鲫、金魚資源,而且爲研究新物種的形成建立了理想的品系模型。多步法育種技術也適合于魚類近緣雜交育種中。

近30年來,劉少軍一心追尋魚類遠緣雜交的秘密,也漸漸培育了許多優良的新品種,而逐夢之途沒有盡頭,對他來說,創新的腳步永遠不會停止,他經常說“魚類良種創制,沒有最好,只有更好”。

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