“好比盖高楼,种质资源是鱼类养殖和遗传育种的物质基础。”11月18日下午,在中国水产科学研究院黄海水产研究所,新当选的中国工程院院士陈松林,向记者比喻他所从事的研究领域。
陈松林长期从事鱼类生物技术(工程)研究,破译了我国首个鱼类基因组,眼下仍在致力于抗病高产优质鱼类良种的培育。
他说:“上世纪八十年代中期,我们就开始做鱼类精子冷冻保存技术研究,这是鱼类种质资源保存的重要组成部分,也是种业发展的关键技术之一,要打好种业翻身仗,首先要收集保存好渔业种质资源,然后进行挖掘、创新和利用。”
2000年,陈松林完成了在德国3年的访问学者和合作研究后来到黄海水产研究所工作,将淡水鱼类精子冷冻保存技术应用到海水鱼类上,又成功建立了花鲈、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精子银行。
在此期间,陈松林还主导建立了海水鱼类胚胎玻璃化冷冻保存技术,在国际上首次获得冷冻复活的牙鲆胚胎并孵化出鱼苗,突破了海水鱼类胚胎超低温冷冻保存的国际难题;同时,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25个,成为建立鱼类细胞系最多的实验室。
2006年以海淡水鱼类精子和胚胎冷冻保存及细胞系建立等为主体内容的鱼类种质低温冷冻保存技术的建立和应用成果获国家技术发明奖二等奖,陈松林为第一完成人。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。
“半滑舌鳎是我国重要名贵海水养殖鱼类,产量虽然不高,但是价格不错,每市斤七八十元左右,总产值非常可观的,每年产值20多亿元。”陈松林说。
“随着时代发展和科技进步,我们的研究也与时俱进,从细胞水平上升到分子水平,特别是进入到基因组水平。”他介绍,从2009年开始,他们瞄准我国缺乏鱼类全基因组序列图谱的问题,和深圳华大基因研究院等单位联合完成了了半滑舌鳎全基因组测序和精细图谱绘制,使半滑舌鳎成为我国完成全基因组测序的第一种鱼类,论文2014年初发表在Nature Genetics上。我国鱼类育种研究进入基因组时代。
随后,我国鱼类基因组测序和精细图谱绘制工作蓬勃开展起来,迄今已经在40多种养殖鱼类上开展了基因组测序,由此回答并解决了鱼类养殖业中亟待解决的一些科学问题和技术难题,为鱼类良种培育、种业发展提供了基因资源和技术支撑。
还是以半滑舌鳎为例,半滑舌鳎的雌鱼比雄鱼大2~4倍,是目前发现的雌雄生长差异最大的鱼类之一。为什么雄鱼长不大?是否存在雄性决定基因?雄鱼比例为何还高达80%?带着这些来自产业一线的现实问题,陈松林带领团队通过基因组测序发现dmrt1是半滑舌鳎的雄性决定基因,该基因表达就是长不大的雄鱼,不表达就是能长大的雌鱼,揭示了半滑舌鳎性别决定的分子机制。同时筛选到性别连锁微卫星分子标记,建立了高雌苗种制种技术, 将生理雌鱼比例从20%左右提高到40%左右,攻克了限制养殖业发展的雄鱼比例高达80%的问题。
陈松林说:“我们后来又建立了半滑舌鳎基因编辑技术,通过这些技术将雄性决定基因敲除以后,发现有一些基因敲除的雄鱼苗,长得和雌鱼一样大,从而突破了半滑舌鳎雄鱼生长慢、个体小的问题,不仅为养殖半滑舌鳎提供了新的技术思路和途径,同时为其它的海水养殖鱼类提供了技术借鉴。”
在鱼类养殖业中,还有一个更大的问题,就是病害问题,存在着“养什么、病什么、死什么”的怪圈,病害导致养殖存活率低,影响了渔民养殖的积极性,影响产业的绿色发展,培育抗病高产优质的突破性新品种就成为产业急需,成为科学家亟待解决的迫在眉睫的问题。
在陈松林看来,产业的需求就是研究方向,渔民的难题就是研究课题。以鲆鳎等鱼类为代表,陈松林带领团队人员攻关,在完成基因组测序的基础上,创建我国鱼类抗病基因组选择育种技术,培育出抗病高产的“鲆优2号”牙鲆和“鳎优1号”半滑舌鳎等新品种,同时与广西水产科学研究院合作,将这些技术应用到淡水鱼罗非鱼上面,培育出罗非鱼“壮罗1号”抗病高产新品种,并获得国家新品种证书,这种技术在鱼类养殖上有很大的推广价值和广阔的应用前景。
陈松林表示,采用新的生物技术培育抗病力强、生长速度快和品质优的突破性新品种,就是摆在我们水产生物技术和遗传育种工作者面前的重要任务。下一步,就是要加大高新技术在鱼类养殖产业中的应用,培育出更多的抗病高产优质的新品种,为广大养殖户提供好的良种,只有好的良种,才能为养殖业绿色高质量发展提供良种支撑。
30多年来,陈松林围绕我国鱼类种质资源保护和种业发展中的重大科学与技术问题,先后主持承担了国家“973”“863”、公益性行业科研专项和国家基金重点等项目30多项;取得多项创新性成果,培育高产抗病新品种3个,获国家技术发明奖二等奖2项、国家科技进步奖二等奖1项。这些成果推广应用后,产生的直接和间接经济效益,累计达100亿元以上。
“当选院士,感觉到这是一份荣誉,但更多的是一份责任,让我感觉到今后肩上的担子更重了。” 陈松林坦言,现在赶上我们国家打好种业“翻身仗”的大好时机,今后,我们将在原来的基础上继续进行鱼类生物技术创新,加强鱼类生物技术在遗传改良、良种培育上的应用,多培育出抗病高产的优质品种,为推动我国海洋鱼类种业科技进步和水产养殖业的绿色高质量发展作出新的贡献。
(大众日报客户端记者 薄克国 通讯员 阮晓红 报道)