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破译首个鱼类基因组,创建“鱼类精子库”

日期:2021-11-19 14:45    作者:    来源:青岛日报     打印    加大 减小

中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员陈松林研究鱼类基因组,推动了我国海洋渔业的科技进步。

 

□青岛日报/观海新闻记者 郭菁荔

“无鸡不成宴,无鱼不成席”,一句俗语揭示了鱼类在中国人餐桌上的重要性。近年来,我国鱼类养殖业取得巨大成就,但也一直存在着鱼类种质退化、资源减少等问题。这些正是中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员陈松林的研究课题。

破译我国首个鱼类基因组,建立我国鱼类种质冷冻保存技术体系,奠定了鱼类种质冷冻保存与种质资源冷冻库建设的基础……30余年来,陈松林的每一项成果都为推动我国海洋渔业的科技进步、提升我国水产生物技术的国际影响力增添了浓墨重彩的一笔。

当选中国工程院院士,陈松林笑称“当年误入‘水门’的自己未曾想过会在渔业科技创新领域取得如此成就”。然而记者采访他与鱼类打交道的故事后,发现这其实是一种“必然”。

学成毅然归国,瞄准抗病鱼类品种培育

61岁的陈松林出生于湖北武汉,大学毕业于上海水产学院。“我其实是误入‘水门’的。我是1977年恢复高考后的首届大学生,那时候服从国家需要被分配到了上海水产学院。说实话,我当时连‘水产’是什么都不知道,更没想到自己会取得一些‘小成绩’。”他说。

1982年1月大学毕业后,陈松林进入中国水产科学研究院长江水产研究所从事鱼类生殖生理和繁殖技术研究。1987年,他作为主要参加者完成的“葛洲坝下中华鲟人工繁殖的研究”成果,获湖北省科技进步一等奖。

1987年,27岁的陈松林被公派到法国农科院鱼类生理实验室和法国雷恩第一大学进修。回国后,陈松林作为骨干力量,完成了淡水鱼类精液、胚胎冷冻保存的课题研究;负责建立了我国主要淡水鲤科鱼类精子超低温冷冻保存技术和精子库;申请并主持完成了国家自然科学基金项目“草鱼垂体生长激素分离纯化、单克隆抗体制备”等6个项目的研究工作,这项成果获1996年农业部科技进步二等奖(第一完成人)。

1997年初,36岁的陈松林应德方邀请,来到德国维尔茨堡大学生物中心做高访学者和合作研究。在德国的近3年时间里,他不仅承担完成了有关鱼类干细胞培养和基因打靶载体构建的课题研究,还关注着国际上有关动物抗病免疫基因的研究动向,思考着回国后采用基因技术培育抗病鱼类优良品种的对策。

淡水鱼“游”向海水鱼,国内率先建立“鱼类精子库”

2000年初,陈松林完成了在德国3年的访问学者和合作研究后,来到位于青岛的黄海水产研究所工作,将此前研究的淡水鱼类精子冷冻保存技术应用到海水鱼类上,又成功解决了花鲈、大菱鲆和半滑舌鳎等10多种海水鱼类精子冷冻保存技术和建立了精子银行。同时,他带领团队建立了海水鱼类胚胎玻璃化冷冻保存技术,首次获得冷冻复活的牙鲆胚胎和鱼苗,突破了海水鱼类胚胎冷冻保存的国际难题。

陈松林还在国内率先开展了鱼类胚胎干细胞培养的研究,建立了花鲈、真鲷等鱼类胚胎干细胞系,以及牙鲆、大菱鲆、半滑舌鳎等10多种海水养殖鱼类胚胎和组织细胞系共计28个,他所在的实验室成为建立鱼类细胞系最多的实验室。迄今,鱼类精子冷冻保存和细胞培养技术已广泛应用在全国各地的鱼类精子冷冻保存和精子、细胞库建设中,推动了我国鱼类种质保存和细胞培养的研究进程。陈松林也因此获得2006年度国家技术发明二等奖。

基因资源是进行良种培育、水产养殖和病害防治的重要物质基础,谁占有了水产基因资源,谁就抓住了发展的先机。陈松林与时俱进、抢抓机遇,在国内发起并与深圳华大基因研究院合作完成了半滑舌鳎和牙鲆全基因组测序项目,使我国在海水鲆鲽鱼类基因组研究中走在了国际前列。

“我们完成了半滑舌鳎全基因组测序,发现了21000多个基因。 这是全球范围内完成全基因组测序的第一种鲆鲽鱼类,同时也是国内完成全基因组测序的第一种鱼类。”这一成果获得了2014年国家技术发明二等奖。

“舌头鱼”雄鱼可以长大了,基因编辑改良鱼类经济性状

半滑舌鳎,俗称“舌头鱼”,是我国新近开发的一种重要的名贵海水养殖鱼类,也是我国海水鱼产业技术体系九大品种之一,其味道鲜美,深受老百姓喜爱。

但半滑舌鳎是目前发现的雌雄生长差异最大的鱼类之一,雌、雄个体生长差异巨大,经过2年多的养殖后,雌鱼可达到2-3斤,而雄鱼只有半斤,且在苗种中,雄鱼比例通常占80%左右,渔民看到自己辛辛苦苦养殖的雄鱼如此“矮小”,备受打击。

渔民的难题就是科研人员的研究课题。借助基因组测序,陈松林及其团队在国内外率先筛选到半滑舌鳎雌性特异分子标记,揭示了养殖苗种中雄鱼比例高的奥秘,建立了高雌性苗种制种技术,将苗种的生理雌鱼比例提高了20%左右,将养殖产量提高了20%以上。同时,还率先突破了半滑舌鳎人工雌核发育技术难关,建立了异源冷冻精子诱导雌核发育的技术方法,为性别控制和全雌育种提供了技术手段。他一边进行创新性研究,一边进行成果推广应用,提高了养殖产量,产生了70亿元的经济和社会效益。

我国进行规模化养殖的鱼类种类已达60多种,但几乎所有养殖品种都会受到疾病威胁。培育抗病高产的优良鱼类品种就成为产业“刚需”。陈松林说:“传统育种技术难以培育出抗病高产良种,所以我们在完成基因组测序的基础上,研制出我国首款鱼类抗病育种基因芯片——‘鱼芯1号’,并基于其基因分型结果和牙鲆抗病基因组选择技术开展了抗细菌病良种选育,育成高产抗病鲆鳎鱼类新品种2个。” 此外,陈松林团队还与广西壮族自治区水产科学研究院合作将这些技术应用于吉富罗非鱼上,培育出抗病高产型罗非鱼新品种——“壮罗1号”。“壮罗1号”与普通吉富罗非鱼相比,抗无乳链球菌侵染能力平均提高25.57%,养殖成活率平均提高19.19%,生长速度平均提高12.06%,适宜在广西、广东、海南和云南等省区养殖。

全国优秀科技工作者、中国水产科学研究院水产生物技术领域首席科学家、山东省海洋渔业生物技术与遗传育种重点实验室主任……如今陈松林的称号又多了中国工程院院士。谈及对未来的规划,陈松林说,鱼类生物技术创新和抗病高产鱼类优质品种的改良与培育仍是他的两大重点工作,而他也将继续扎根“水门”,发光发热。