李忠（右）在黄鳝苗种工厂化繁育车间考察。 课题组供图
■本报记者 张晴丹
黄鳝是我国重要的淡水养殖经济鱼类，因味道鲜美，且具有极高的营养价值，备受市场青睐。黄鳝作为一种“神奇”的生物也吸引着科研人员的目光，具有非常高的科学价值。
继在黄鳝全人工规模化繁育方面取得成功后，中国水产科学研究院长江水产研究所（以下简称长江所）研究员李忠团队再获突破，团队开展黄鳝基因组染色体图谱研究，获得了首个高质量基因组参考图谱。
近日，研究结果发表于《G3：基因—基因组—遗传学》杂志。这项成果为黄鳝新品种加速选育奠定了重要基础。
市场供不应求，繁育进展缓慢
黄鳝作为经济鱼类，基础产值每年超过200亿元，是全面落实乡村振兴战略的重要抓手和助力。
但是，黄鳝养殖业一直依靠捕捞野生资源，人工繁殖技术瓶颈限制了产业的发展。随着野生资源减少，产量逐年下降，2019年全国产量31.9万吨。
“2020年，长江流域普发洪灾加之低温影响，减产严重，商品价格一路暴涨，目前收购价格维持在100多元每公斤。”论文通讯作者李忠在接受《中国科学报》采访时表示。
我国黄鳝研究起源于上世纪40年代。但黄鳝为穴居动物，其交配行为至今未为人知，而受精卵由亲鳝吐泡沫孵化的特殊方式，前人也一直没能找到合适的替代方法，繁育研究进展缓慢，直到2019年6月才形成产业现场验收。
在李忠看来，人工繁育技术是开展其他学科研究的基础，没有繁育技术的突破提供足量同规格种苗，品种选育、营养、品质等研究也都无法获得精准数据，进而不能有效开展相关工作。
同鳗鲡一样，黄鳝规模化人工繁育是公认的技术难题。从2013年开始，李忠用了7年完成全人工繁育技术体系构建、完善和产业验收，正式开启了产业应用之路。人工繁育技术体系的突破，使产业的主要矛盾转换成是否有高品质苗种推进产业持续健康发展。
2016年，他开始了品种选育材料的积累，根据产业需求调研，选定了“背部三条纹，腹部金黄色”的地方种大黄斑作为奠基群。“大黄斑种具有长势快、抗病性强、商品卖相好等特点。”李忠说。
根据黄鳝自身怀卵量小的特性，人工繁育基本上都是采用传统家系选育技术开展工作，目前李忠已经选育到第三代，体色一致率达到了80%以上。不过，传统选育又称“眼球育种”，是一种以感官经验为主的选育策略，数据量化性差和育种周期长等缺点迫使科研人员寻求新的繁育技术。
图谱提供指导，寻找基因靶点
我国非常重视种业安全，要提升种业水平、解决“卡脖子”问题，就必须实现优良基因库的构建、原创理论的突破和技术体系的完善。常规繁育技术体系研发和品种选育策略，在特定历史时期促进了产业发展，而现代生物学发展则到了精准育种阶段。
分子标记辅助育种和基因编辑育种是典型代表技术，育种目标更精准，育种周期更短，可以把经验指标量化为数据指标，迅速复制。不过，李忠意识到，进行分子标记辅助育种和基因编辑育种，都需要高质量的基因组图谱提供指导。为此，李忠带领团队开展黄鳝基因组研究。
“我们采用了三代测序技术，获得了完整连续的高质量黄鳝全基因组参考图谱。基因组大小为799 Mb，组装得到12条染色体序列，覆盖预测基因组大小的99.26%。”论文第一作者、长江所博士田海峰告诉《中国科学报》。
获得基因组后，下一步就是挖掘分子标记。他们在图谱基础上鉴定出364802个微卫星（SSR）位点，得到28万多个候选SSR标记，并利用鉴定出的SSR标记构建了高密度物理图谱。“我们已经对部分分子标记进行了验证，分子标记的开发和利用将极大促进辅助育种过程。”田海峰说。
除此之外，研究团队还有一项重要的发现。“在我们的认知里，黄鳝是雌性先熟的性逆转鱼类，产卵后会变为雄性。但在产业中，我们发现了极少部分‘异端分子’，即‘超级母’和‘超级公’。”李忠透露。
“超级母”指的是一小部分个体，连续产卵多次也不会变成雄性；而“超级公”是整个生命周期均为雄性，不存在性逆转。这些个体是否具有遗传性，是否存在关闭性转的基因？
“如果是可遗传的，我们就可以创造出不转雄的‘超级母’群体，既提高了亲本利用效率，又增加了怀卵量。而性腺发育消耗较大能量，雌性性腺发育更甚，如果我们创造出‘超级公’群体，黄鳝的生长速度和产量又会出现一个质的提升。”李忠表示。
表观遗传学是后基因组时代兴起的研究前沿和热点，通过甲基化等表观遗传学手段研究比对精细基因组，研究团队可以找到控制性逆转的基因靶点，运用现代生物学技术手段自由调控性别的转换。
“目前保存的这些‘异端分子’，在不久的将来同样会支撑起新的产业大厦。”李忠说。
加速选育进程，产业健康发展
李忠2016年开始做产业示范推广，从实验室技术走向复杂的产业应用，耗时3年。根据产业特点，他设计了实用的框架式和升降式两套专利孵化设施，极大提升了繁育效率，同时建立起严格的流程管理规范。
目前，已经在湖北省仙桃市和四川省宜宾市开展了产业示范应用，两省的产业示范证明了技术体系的可复制性和地域适应性，为大规模产业应用铺平道路。在示范应用中，3个技术工人流程操作，每天可获得80万~100万卵，孵化40万~60万苗。而框架式繁育设施，每平方米可培养2万苗/7天，升降式繁殖设施效率则达到每平方米10万苗/7天。
黄鳝繁育周期长达4个月，这些繁育技术体系配合繁育设施以及科学的管理流程，使得人工繁育真正实现了规模化、产业化。
“种业安全、种业竞争，说到底就是优良基因库的竞争。没有优良基因库支撑，任何先进技术只能‘干瞪眼’。下一步，我们会加强优良种质资源收集、评价、保存和创制等基础性工作。”李忠表示。
“此外，我们还将利用家系选育技术配合分子标记辅助选择，加速新品种选育进程。”田海峰说。
近年来，研究团队联合华中农业大学教授李大鹏团队共同构建了基于MO的基因敲降和CRISPR-CAS9黄鳝基因编辑技术体系，这些体系的构建，将促进育种工作由传统以经验选育为主转向现代精准育种。
“黄鳝整个产业的发展，不是某一个团队、某一个学科人员可以单独推进的。高校有理论原创优势，我们有产业技术优势，经过这些年产学研的融洽配合，我认为产业列车已经驶入健康发展的‘快车道’。”李忠说。
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