日前，中国水产科学研究院珠江水产研究所鳜鲈基因组学与选择育种创新团队和华智生物技术有限公司合作，利用cGPS靶向测序技术，研发了首个具有自主知识产权的鳜鱼40K液相育种芯片“鳜芯1号”，为鳜鱼育种产业进入新的里程碑奠定重要基础。
中国水产科学研究院珠江水产研究所孙成飞副研究员团队负责“鳜芯1号”的研发工作，他指出，传统选育方式对复杂性状的选育进展有限，现在育种工作已经进入到基因组时代，通过构建基因芯片开展全基因组选育，可以显著加快育种进程。“鳜芯1号”具有位点丰富、普遍适用两大特点，位点检出率、稳定性和一致性均在99%以上。
“行业内，我们都笑称鳜鱼养殖属于‘三高’，高投入、高风险、高回报。”孙成飞表示，鳜鱼天生吃活饵，当前开口阶段仍需要投喂活饵，活饵成为影响鳜鱼产量提高的限制因素。开展基因组选育种工作以培育出易驯食和抗病等性状优良的鳜鱼新品种，具有迫切性和必要性，符合产业的现实需求。
深耕鳜鱼选育种领域
2012年前，为了做好鳜鱼选育工作，孙成飞所在团队自发对鳜鱼种质资源进行调查与收集。“从事鱼类的育种研究，要先从产业中找准问题，再把产业问题转化为科学问题去研究。过去，养殖户普遍采用野生捕捞的鳜鱼作为亲本，长期下来，鳜鱼出现生长速度慢、成活率偏低、饵料系数高等问题。”
为此，孙成飞所在团队培育了翘嘴鳜“广清1号”新品种以及易驯食鳜新品系。他介绍道，“广清1号”是以安徽秋浦河、洞庭湖收集的翘嘴鳜野生群体和翘嘴鳜“华康1号”选育群体为基础群体，以生长速度和成活率为目标性状，经连续4代家系选育而成。“广清1号”连续多年被评为全国、广东省和广州市的主导和主推品种。后续，团队结合全基因组选育与家系选育技术，在“广清1号”新品种的基础上进一步选育了易驯食配合饲料鳜新品系，该品系易驯料、饲料利用率高、成活率高，在体色上具有优势。
此外，团队还建立了鳜鱼健康生态养殖技术体系，建立了整套池塘底质与水质评估与改进技术、鳜培苗期的病害防控技术和成鱼养殖生态调控技术体系；制定鳜苗种培育与成鱼养殖地方标准，规范鳜养殖生产。
4万个位点集成一张芯片
2021年起，孙成飞所在团队承担了全国鳜鱼种质资源系统调查工作，完成了鳜种质资源收集、鉴定评价及重要性状的遗传解析，收集了我国鳜主养区养殖群体与野生群体种质资源，编写了鳜鱼种质资源状况报告和志书。从北到南，足迹遍及黑龙江、安徽、广东等鳜鱼主产区，涵盖野生和养殖品种、传统和新品种等不同具有代表性的地理种群。最终利用三年时间收集了约3000个样本，并对全部样本进行了全基因组重测序。在此基础上，筹备开发一款鳜鱼基因芯片——“鳜芯1号”。
孙成飞告诉记者，选育种工作的关键在“选”。在候选群体中不断挑选出表现更好的个体。传统选育针对生长和性别等简单性状比较有效，因为生长和性别等的表型性状容易判断和表征，生长通过体重和体长等很容易判断，性别性状通过雌雄也容易判断。但对于复杂性状，如抗病和驯化等，难以简单地通过量化数据来表征，需要将复杂的表型数据转化为基因数据来表征，这就要求科研人员开展现代化育种如基因组选育，针对复杂性状如抗病、耐盐、耐温和驯食等进行选育，这类复杂性状一般由多个基因控制，表现为多个位点相关，借助于全基因组数据可以进行有效选育。
为了最可能保证位点的“全而精”，孙成飞团队联合华智生物技术有限公司开展了大量工作，反复操作“添加”和“删除”。简单而言，把一条鱼变成一系列电子化的信息，组成大数据，再剔除“没用”的数据、加入“有用”的数据，完成整个制作流程。“我们对不具有普遍性的位点进行大幅剔除，如果只有某些群体中出现，而别的群体没有的话，那这个位点就不要了。”
据了解， “鳜芯1号”最核心的原理是利用芯片上的标记和位点，对每尾鱼进行基因测序和分型，计算每尾鱼的相对育种价值，从而筛选出具有优良性状的个体进行配种和进一步选育。换而言之，就是通过芯片对鳜鱼个体进行分析，实现对鳜鱼遗传性状的精准评估，为鱼类育种提供科学依据。利用该芯片可筛选获得优良性状的鳜鱼新品种，还将进一步降低选育成本，为鳜鱼全基因组选育和良种创新研究工作注入新动力。
孙成飞指出，“鳜芯1号”产品整体性能优良，具有四个突出优势，一是位点多态性高、基因组分布均匀；二是性状关联位点丰富；三是产品技术参数优良，经测试验证，产品位点检出率高，平均位点检出率为99.35%；四是产品稳定性好、基因型准确度高，重复样本基因型平均一致率为99.51%，与重测序样本基因型比对平均一致率为99.11%。
在研发芯片的基础上，团队获得鳜MYH和GH等生长基因的SNP标记位点和优势基因型；筛选获得了鳜X和Y染色体性别分子标记和Sox3等性别相关基因；解析了鳜驯食相关基因Spexin等的功能。
一个月左右出具评价结果
“鳜芯1号”的问世，一方面能让不可视的育种表型转化为量化参数，另一方面能让选育种工作提速提质，在尽可能短的时间内“看见”将来的养成情况。“我们可以把‘鳜芯1号’理解为一个打分的工具。不同的位点有不同的赋值，经过‘鳜芯1号’的比对检测，可以得出相应位点对某一性状的贡献率，从而客观评价受检对象的性能，检测结果主要体现在两个数值：育种值和配合力。”孙成飞举例说道，当养殖户、苗种企业等想了解某一尾鱼或者群体能否作为亲本，以及它们的性状优劣情况，就可以通过“鳜芯1号”得出评估结果，即一个具体的分值，相比起单纯的感官判断，这种检测手段更直观和全面。
“鳜芯1号”的使用方法不难，只需要把鳜鱼苗养至2~3个月大，然后从待测对象身上剪下一点鳍条样本送检即可。检测结构通过提取基因组DNA，对每尾鱼进行基因分型，再计算出每尾鱼的育种值。“根据结果，就可以告诉养殖户这条鱼值不值得养，包括后面要怎么配种等。”这样的操作不仅不会对鱼体的正常生活造成影响，还能缩短整个观察周期。孙成飞补充道，比如说，以前养一年才能知道结果，现在只需要2~3个月时间，不用等到年底了。结合了基因组检测方法，可以提前“预见”养成结果，只需等到鱼体长至方便取样的规格即可，从送检到出具报告约需要30-40天。
目前，“鳜芯1号”已经投放市场，可应用于鳜鱼种质资源鉴定、遗传多样性评估、基因定位及挖掘鉴定、全基因组关联分析、分子辅助定向改良和智能育种等不同应用场景，为鳜鱼遗传研究和品种选育提供了高效基因型鉴定工具。值得一提的是，“鳜芯1号”适用于不同地区的不同鳜鱼种群，比如黑龙江、洞庭湖、鄱阳湖、广东养殖群体等，覆盖率均在99%以上。
“‘鳜芯1号’的成功研制开启了鳜鱼基因组育种时代，为鳜鱼全基因组选育奠定了基础。” 孙成飞评价道，传统的鳜鱼选育有群体、家系和性控育种等手段，“鳜芯1号”作为一种创新的全基因组选育辅助手段，对于复杂性状的选育更加精准，选育速度显著加快。接下来，团队将会根据市场反馈不断完善“鳜芯1号”，并把“鳜芯2号”、“鳜芯3号”等提上日程。
饲料鳜养殖成本减半
“鳜鱼吃活饵和鳗鱼人工繁殖，被誉为水产业两大难题。”回望过去，孙成飞至今仍谨记求学时期老师交下来的任务，坚持做好鳜鱼良种选育。随着饲料鳜的出现和推广，难题已经得到初步解决。“十四五”以来，饲料鳜的育苗技术、养殖技术等逐步取得突破，已经成为水产养殖的新风口之一。他坦言，“要是放在多年以前，我们根本无法想象鳜鱼还能吃饲料。”
谈及饲料鳜和活饵鳜的区别，孙成飞表示，两者从食用口感上没有明显差异，在一定条件下，饲料鳜更优于活饵鳜。“为什么坊间仍然流传着活饵鳜更好吃的说法？这实际上是个误解。”他解释道，从科学的角度来看，比起饵料，养殖动物所生存的水环境对其品质产生的影响大得多。在实际生产中，活饵鳜的养殖密度低于饲料鳜，首先是饵料鱼需要消耗水体溶氧，其次由于饲料鳜经过驯食，投料时需要营造一个集群抢食环境，基于这种背景可能造成肉质口感有差异。孙成飞认为，抛开养殖环境单纯谈品质，没有可比性。为了验证说法，他带领团队做了大量的对比实验，通过控制变量的方式，在统一池子里养殖不同的鳜鱼。再把成鱼做成‘盲测’菜肴，试吃者不能准确分辨两者。数据和“盲测”结果均表明，在同样的养殖条件之下，饲料鳜和活饵鳜鱼肉品质没有显著差异。
近年来，饲料鳜的养殖积极性正在不断上涨，好苗难求。孙成飞向记者算了一笔账，养殖传统的活饵鳜，除了苗种以外，加上饵料、塘租、人工等，每斤成本约25~30元；而养殖饲料鳜的成本只需要16~20元/斤。“显而易见，如果鳜鱼的市场售价低于25元，养殖活饵鳜的就会亏本，这也是为什么越来越多人转养饲料鳜的原因。”
然而，受制于苗种供应不足，目前饲料鳜养殖尚未形成气候。孙成飞进一步说道，目前市面上的饲料鳜苗主要有标粗苗和驯化苗。标粗的不同阶段，需要投放不同的开口活饵，一旦营养、适口性等跟不上，标苗成活率就会大大降低。此外，粗放的驯化方式也导致了驯化成活率不高。
现阶段，孙成飞所在团队正集中力量利用“鳜芯1号”选育鳜鱼新品种。“现在仍处于市场推广的初期，我们希望把自己的工作变成案例，通过构建鳜鱼育种芯片开展鳜鱼的全基因组选育，建立示范点，以点带面进行推广和应用。”下一步计划主要有四个方向，一是饲料鳜新品种，选育出更易驯化和对饲料的适应性更好的品种。目前，根据养殖企业反映，一般7天内就能完成驯化。二是抗病新品种，选育出对传染性脾肾坏死病、蛙虹彩病毒等有高抗性的品种，提高养殖成活率。三是多倍体新品种，开展了鳜鱼三倍体和四倍体的多倍体制种的研制，通过二倍体和四倍体杂交，批量生成体型更大、长速更快的三倍体品种，以满足市场多元化的需求。四是性别控制新品种，采取性控育种的技术，选育出全雄、全雌品系，目前两个品系均已进入批量化生产。
“饲料鳜的出现是顺应时代要求的，是产业上中下游以及消费市场共同期盼的结果。”展望未来，孙成飞相信全程饲料养殖鳜鱼的一天终会到来。“要实现全程零活饵的养殖很难，但通过科技的不断提升，这个想法最终能实现，这事关开口饲料、种质、环境控制等因素，需要饲料工业、设备供应、苗种生产等环节形成合力来系统推动”。
来源 | 海洋与渔业杂志
编辑 | 李金霞
编审 | 刘友智
监制 | 田国英
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