水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展離不開優(yōu)良品種的支撐。我國是世界水生生物特別是水產(chǎn)種質(zhì)資源豐富的國家之一，隨著遺傳育種科學(xué)研究的進(jìn)步，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)逐漸擺脫了對野生種的依賴。目前，我國大約有550個水產(chǎn)養(yǎng)殖種類，其中具有一定養(yǎng)殖規(guī)模的土著種約280個，引進(jìn)種約80個，人工培育品種約200個。 

　　魚類新品種的培育，極大促進(jìn)了相關(guān)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，鯽魚和鯉魚產(chǎn)量已從1983年的4.8萬和8.6萬噸增至2020年的274.9萬和289.6萬噸。鯉魚、鯽魚、羅非魚、中國對蝦、扇貝等已形成系列新品種，實現(xiàn)了品種更新?lián)Q代。 

　　我國水產(chǎn)養(yǎng)殖育種還面臨哪些挑戰(zhàn)？中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院水生生物研究所研究員桂建芳告訴《瞭望》新聞周刊記者，一是提高良種率。目前我國水產(chǎn)養(yǎng)殖遺傳改良率為52.8%，大量水產(chǎn)養(yǎng)殖種尚有待進(jìn)行系統(tǒng)遺傳改良。良種對我國水產(chǎn)增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率為25%～30%，低于水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)達(dá)的挪威等國。 

　　二是降低病害發(fā)生率。我國水產(chǎn)養(yǎng)殖每年因病害損失達(dá)450億元，藥物使用不當(dāng)帶來了產(chǎn)品質(zhì)量安全和水域生態(tài)環(huán)境污染隱患。 

　　“基于基因組技術(shù)的不斷發(fā)展，精準(zhǔn)育種能夠精準(zhǔn)創(chuàng)制魚類的優(yōu)異經(jīng)濟(jì)性狀和品種，培育出肉質(zhì)好、產(chǎn)量高、病害少、繁殖快的‘完美魚’?！惫鸾ǚ颊f，“吃魚不挑刺有望成為現(xiàn)實。” 

　　基本形成現(xiàn)代水產(chǎn)良種與種業(yè)體系  

　　《瞭望》：如何評價我國水產(chǎn)種業(yè)發(fā)展情況？ 

　　桂建芳：由于國外較少養(yǎng)殖淡水魚類，我國大宗淡水魚類等水產(chǎn)養(yǎng)殖良種大部分源于自主研發(fā)，種苗基本實現(xiàn)了完全自給。 

　　分階段來看，我國的水產(chǎn)種業(yè)經(jīng)歷了以捕撈天然苗種為主、以簡單的人工繁殖苗種為主和遺傳改良種應(yīng)用逐步擴(kuò)大三個主要階段。1958年“四大家魚”人工繁殖以及成功進(jìn)行海帶自然光育苗，標(biāo)志著我國水產(chǎn)種業(yè)進(jìn)入第二階段；以1991年農(nóng)業(yè)部啟動水產(chǎn)原良種體系建設(shè)為標(biāo)志，水產(chǎn)種業(yè)進(jìn)入第三階段。進(jìn)入21世紀(jì)，為了把控新品種培育的源頭，針對特定的養(yǎng)殖種類，遴選認(rèn)定了一批水產(chǎn)遺傳育種中心。通過這些舉措，基本形成了中國現(xiàn)代水產(chǎn)良種與種業(yè)體系。 

　　截至2019年，全國已建成31個水產(chǎn)遺傳育種中心，84家國家級水產(chǎn)原良種場，820家地方級水產(chǎn)原良種場。目前，我國已審定240個水產(chǎn)新品種，驅(qū)動著水產(chǎn)種業(yè)蓬勃發(fā)展。 

　　《瞭望》：針對提高水產(chǎn)良種率，國內(nèi)進(jìn)行了哪些科研攻關(guān)？ 

　　桂建芳：造成水產(chǎn)良種率低的原因有很多：一是為滿足國人的多元化消費需求，水產(chǎn)養(yǎng)殖種類非常多，大約有550個。一些水產(chǎn)養(yǎng)殖物種仍然停留在利用原種階段；二是一些傳統(tǒng)養(yǎng)殖對象育種周期長，新品種培育難，如“四大家魚”中，僅有鰱魚審定了長豐鰱和津鰱兩個新品種，草魚、青魚和鳙尚未審定新品種；三是良種推廣力度不夠，等等。 

　　水產(chǎn)生物遺傳育種研究一直是水產(chǎn)科學(xué)研究領(lǐng)域的重點工作?！笆濉逼陂g，科技部先后部署了“重要養(yǎng)殖魚類功能基因組和分子設(shè)計育種的基礎(chǔ)研究”等973計劃項目，“海水養(yǎng)殖種子工程”等863計劃項目，“淡水養(yǎng)殖品種選育及規(guī)模化繁育技術(shù)研究與示范”等“十二五”國家科技支撐計劃項目；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部部署了“魚類性別控制和單性苗種培育技術(shù)研究”“水產(chǎn)分子育種共性技術(shù)的建立與應(yīng)用”等公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項以及國家水產(chǎn)種質(zhì)資源平臺建設(shè)等項目；2018年開始，科技部部署了國家重點研發(fā)計劃“藍(lán)色糧倉科技創(chuàng)新”重點專項。 

　　在這些項目的支持下，我國水產(chǎn)生物遺傳育種在基礎(chǔ)理論、技術(shù)和品種創(chuàng)制上快速發(fā)展。自2010年起相繼破譯了大平洋牡蠣、鯉魚、草魚、半滑舌鰨等數(shù)十種水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的全基因組序列，奠定了我國水產(chǎn)生物基因組研究的國際領(lǐng)先地位。主要體現(xiàn)在以下三方面： 

　　一是圍繞著生長、生殖、性別、內(nèi)分泌調(diào)控、抗病、耐低氧、耐寒、品質(zhì)等重要經(jīng)濟(jì)性狀，在關(guān)鍵功能基因鑒定和遺傳機(jī)制解析方面取得了一些重要進(jìn)展； 

　　二是在多種水產(chǎn)養(yǎng)殖生物中運用了選擇育種、雜交育種、分子標(biāo)記輔助育種、細(xì)胞工程育種、性別控制、基因轉(zhuǎn)移等技術(shù)，并嘗試和應(yīng)用了全基因組選擇育種、分子設(shè)計及分子模塊設(shè)計育種、基因編輯等前沿技術(shù)； 

　　三是建成了水生生物的全基因組選擇育種平臺，育成“蓬萊紅2號”櫛孔扇貝；基因編輯技術(shù)也在銀鯽魚、黃顙魚、鯉、團(tuán)頭魴、金魚等多種養(yǎng)殖或觀賞魚類中得到了應(yīng)用，加快了精準(zhǔn)育種進(jìn)程。 

　　創(chuàng)制異育銀鯽新品種 

　　《瞭望》：異育銀鯽系列品種培育是改革開放40多年來水產(chǎn)遺傳育種推動水產(chǎn)種業(yè)以及水產(chǎn)養(yǎng)殖快速發(fā)展的一個典型事例。你在這一過程中突破了哪些關(guān)鍵核心技術(shù)？ 

　　桂建芳：鯽魚適應(yīng)性強(qiáng)，肉質(zhì)細(xì)嫩鮮美，是很受消費者歡迎的一種魚。上世紀(jì)80年代以前，由于普通四倍體鯽的產(chǎn)量較低，鯽魚并不是一個重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖品種。 

　　直到六倍體銀鯽獨特生殖方式的發(fā)現(xiàn)，并在育種上進(jìn)行應(yīng)用，這才徹底改變了我國鯽魚養(yǎng)殖狀態(tài)。由于銀鯽六倍體的遺傳背景，能夠進(jìn)行異精雌核生殖，即用其他品種魚類精子刺激魚卵，精子自身遺傳物質(zhì)不參與遺傳，產(chǎn)生全雌性的子代。另一方面，銀鯽能夠“偷”一些其他魚類的基因過來，將其他魚類精子的染色體組、染色體片段或微量遺傳物質(zhì)并入到卵核中協(xié)同發(fā)育。 

　　銀鯽還有有性生殖和類雜種生殖等多種生殖方式，多種生殖方式提高了銀鯽的遺傳多樣性，環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)。這讓我們意識到，完全可以利用這種特性，進(jìn)行銀鯽優(yōu)良品種的創(chuàng)制和選育。 

　　上世紀(jì)80年代起，經(jīng)過中國科學(xué)院水生生物研究所三代專家的持續(xù)努力，利用異精雌核生殖等多重生殖方式，連續(xù)培育出異育銀鯽、高體型異育銀鯽和異育銀鯽“中科3號”和“中科5號”等優(yōu)良品種?！爸锌?號”就是用團(tuán)頭魴父本精子與銀鯽母本卵子進(jìn)行“交配”制種產(chǎn)生的。 

　　異育銀鯽“中科3號”和“中科5號”的培育皆歷時20多年，回顧培育歷程，其解決的核心科學(xué)和技術(shù)問題主要包括：如何利用銀鯽的異精雌核生殖能力創(chuàng)制新種質(zhì)；如何在增加銀鯽遺傳和克隆多樣性的同時引入或創(chuàng)造優(yōu)良性狀；如何解析六倍體銀鯽復(fù)雜的基因組信息，從中鑒定出已穩(wěn)定整合入銀鯽基因組的異源精子DNA片段，并作為分子標(biāo)記輔助選育出遺傳穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良的新品種。 

　　在全國大規(guī)模推廣異育銀鯽系列品種以及其他鯽魚品種，加快了鯽魚產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全國鯽魚產(chǎn)量已從1983年的4.8萬噸增至2020年的274.9萬噸。 

　  魚類精準(zhǔn)育種五條路徑 

　　《瞭望》：在魚類精準(zhǔn)育種方面，你認(rèn)為未來發(fā)展方向有哪些？ 

　　桂建芳：為解決水產(chǎn)良種率低等水產(chǎn)種業(yè)短板問題，需要建立一套成熟的、共性強(qiáng)的育種理論和技術(shù)體系，同時發(fā)展和完善精準(zhǔn)、定向、高效的育種技術(shù)以縮短育種周期。 

　　基于基因編輯技術(shù)途徑導(dǎo)入有益基因或移除不利基因，例如培育無肌間刺魚。目前，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院高澤霞教授團(tuán)隊已在斑馬魚中鑒定出決定肌間刺發(fā)生的主效基因，通過基因編輯技術(shù)敲除該基因，已經(jīng)獲得了無肌間刺的斑馬魚。與此同時，培育無肌間刺或者少肌間刺的遺傳育種工作也已經(jīng)在團(tuán)頭魴和銀鯽等養(yǎng)殖魚類中啟動，吃魚不挑刺有望成為現(xiàn)實。 

　　很多養(yǎng)殖魚類雌雄之間都存在生長速率和個體大小的顯著差異，基于性別特異標(biāo)記技術(shù)可以培育單性群體，目前已有不少成功范例。例如黃顙魚雄魚個大肉多，雌魚個小肉少，利用性別特異標(biāo)記技術(shù)，通過人工操控就可以培育出全雄魚，其他還有全雌鯉、全雌鱖和全雄烏鱧等。 

　　基于可控原始生殖細(xì)胞開關(guān)技術(shù)生產(chǎn)不育子代。由于魚類性腺發(fā)育有時會對部分經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生影響，這些影響包括轉(zhuǎn)移生長所需能量，降低生長速率，以及肉質(zhì)退化等，因此培育不育魚具有廣闊的應(yīng)用前景。科研人員通過精準(zhǔn)調(diào)控原始生殖細(xì)胞發(fā)生或者遷移相關(guān)基因的表達(dá)，擾亂原始生殖細(xì)胞的發(fā)育，例如中科院水生所胡煒團(tuán)隊和國際專家已在斑馬魚和大西洋鮭中進(jìn)行了成功嘗試。 

　　基于借腹生殖技術(shù)提升育種速率。有些魚類的性成熟周期為幾年甚至十幾年，育種周期很長，因此通過借腹生殖技術(shù)將這些魚類的生殖細(xì)胞移植到繁殖周期短的魚類中，可以縮短育種周期，提升育種效率。目前已經(jīng)實現(xiàn)了跨亞科物種間的借腹生殖，例如中科院水生所孫永華團(tuán)隊將供體稀有鮈鯽的精原干細(xì)胞植入受體斑馬魚魚苗性腺中，使斑馬魚產(chǎn)出稀有鮈鯽精子，并能與稀有鮈鯽卵進(jìn)行受精。 

　　基于基因組整合及有性生殖重新創(chuàng)制人工合成多倍體。多倍體魚類通常展現(xiàn)出較快的生長速率、廣泛的環(huán)境適應(yīng)性，以及較強(qiáng)的病害抵抗力等，多倍體育種是水產(chǎn)養(yǎng)殖中的重要育種技術(shù)。例如，將六倍體銀鯽與四倍體鯽進(jìn)行基因組整合，獲得可有性生殖的人工合成八倍體，隨后將該八倍體與四倍體回交，獲得新的人工合成六倍體，為遺傳育種提供了重要的遺傳資源和生殖操控策略。 

　　《瞭望》：對水產(chǎn)養(yǎng)殖中的病害，能否通過精準(zhǔn)育種防控？ 

　　桂建芳：據(jù)統(tǒng)計，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖每年因病害損失達(dá)450億元，藥物使用不當(dāng)帶來了產(chǎn)品質(zhì)量安全和水域生態(tài)環(huán)境污染隱患。培育抗病力強(qiáng)的新品種，可以從源頭上解決水產(chǎn)養(yǎng)殖病害問題。近十多年，我國學(xué)者在水產(chǎn)動物病原鑒定和基因組解析、病毒—宿主相互作用、魚類先天性免疫、抗病毒相關(guān)基因鑒定和信號通路解析等方面做了大量工作，為抗病育種研究提供了一定的基礎(chǔ)。 

　　目前國內(nèi)外很多科研工作者正采用全基因組選擇育種技術(shù)，或試圖通過基因編輯關(guān)鍵的免疫負(fù)調(diào)控因子來精準(zhǔn)培育抗病魚類新品系。這是一項艱難的工作，需要免疫專家和遺傳育種專家的協(xié)同努力。