1、水产生物技术的研究进展,我国水产研究现状,中国是水产动物种质资源大国，在种子库方面投入较多，但由于人为活动和资源环境的恶化，种质资源的保护水水平相对较低，系统研究种质资源保护的机构少，国家投入的研究费用也较少。 中国养殖鱼类的“品种”多，且来源复杂，但人工选育的良种较少，主要养殖对象多为野生种。且由于研究与生产单位对养殖对象遗传保护重视的程度不够，致使中国养殖鱼类“品种”普遍存在近亲交配和种质退化的现象。在选育种理论方面，对“品种”的异质性认识不够。 中国在开发应用生物技术方面，有一些人才，但开展原创性研究的人才还比较缺乏。水产生物技术领域的组织机构、学术机构不够健全，缺乏水产生物技术学术交流
2、的稳定平台。国内水产生物技术领域的大项目还相对较少，资助强度不大，且较分散、不系统。功能基因、分子标记、基因打靶等研究落后，基因工程疫苗研制方面差距较大。,一.水产动物功能基因的筛选与克隆,功能基因组研究是进入21世纪以来水产生物技术发展的一个重要特点。 近年来，随着基因组学等分子生物学技术的发展，水产动物的重要经济性状的研究备受关注。关于性别、生长、抗病、耐寒和耐低氧等性状的分子理论机制的研究取得了一定的成就，大量与之相关的功能基因也相继被鉴定出来。,克隆的基因大致可分为免疫/抗病相关基因、生长、生殖与发育相关基因、性别控制相关基因、溶菌酶和激酶等酶类基因等几大类。研究的对象主要包括牙鲆、大
3、菱鲆、石斑鱼、大黄鱼、鲈、真鲷、罗非鱼、银鲫、鳜、鲢、黄鳝、草鱼、鲤、黄颡鱼、翘嘴红鮊、鲟鱼等海、淡水养殖鱼类, 中国对虾、斑节对虾、螯虾、中华鳖、扇贝、中华绒螯蟹、罗氏沼虾和日本沼虾等无脊椎动物，另外还有斑马鱼和文昌鱼等模式动物。,1.生产性状相关基因研究进展1.1性别相关基因 多数水产动物的雌雄个体之间存在显著的生物学差异，如尼罗罗非鱼（Oreo-chromis niloticus）雄性个体较雌性大且生长速度快，鲤鱼（Cyprinuscarpio L.）、半滑舌鳎（Cynoglossus semilaevis）等鱼类雌性个体较大；雌性蟹类比雄性具有更高的食用价值。因此，可以通过对上述水产动
4、物进行单性养殖来降低养殖成本和提高产品经济价值。,Sox9（SRY-related HMG-box gene 9） 基因是哺乳动物性别决定直接相关的基因，位于常染色体上，其表达具有性别专一性，仅在精巢中表达。水产动物中存在两个Sox9 基因的拷贝，分别为Sox9a 和Sox9b。虽然其表达不能像哺乳动物一样具备性别专一性，但其在雌雄中的表达量存在一定的差异。,Dmrt（Double-sex and Mab-3 related transcriptionfactor）是一个与性别决定相关的基因家族。目前，已在鱼类中发现5 种属Dmrt 家族的基因：Dmrt1、Dmrt2、Dmrt3、Dmrt4
5、和Dmrt5。Dmrt1 基因是目前已知的参与性别决定与分化进程的唯一的在动物门间具有保守性的基因。,母蟹,公蟹,抗缪勒氏管激素（Anti-Mllerian Hormone，AMH）也叫缪勒氏管抑制物（Mllerian inhibiting substance，MIS），是一种肽类细胞因子，属于转化生长因子（TGF-）超家族。虽然鱼类缺乏缪勒管，但研究发现AMH 基因对鱼类的精原细胞的增殖和分化起调节作用。,细胞色素P450 芳香化酶（Cytochrome P450aromatase，P450 arom/CYP19）是催化雄性激素向雌性激素转化的一个关键酶，当其活性被抑制后可诱导伪雄鱼的产生。
6、,DMY 基因（DM domain gene on Y-chromosome）是继SRY 基因后在XX-XY 性别决定类型中发现的位于Y 染色体上的性别决定基因（在哺乳动物中发现的第一个性别决定基因，具有起始精巢分化的功能）,1.2生长相关基因,生长性状是水产养殖动物最具经济价值的性状之一，其直接影响经济效益。水产动物的生长发育是一个高度复杂的过程，受遗传基因、营养、激素和环境等多种因素的影响。已发现的生长候选基因主要包括：（1）与生长轴及其调控相关的基因和（2）参与肌肉组织发生和分化过程的基因。,1.2.1生长轴相关基因,生长激素（Growth hormone，GH）由垂体分泌后，与生长激素
7、受体（growth hormone receptor，GHR） 结合， 进而刺激肝脏等组织分泌胰岛素样生长因子（Insulin-likeGrowth Factor I，IGF-I），后者通过IGF 受体的介导发挥生物功能。,生长激素释放激素（Growth hormone releasinghormone，GHRH）又称生长激素释放因子（Growthhormone releasing factor，GRF），具有刺激垂体细胞合成和分泌生长激素的功能。此外，对细胞增殖分化和脑垂体形成等也具有重要作用。,生长激素释放肽（Ghrelin）是生长激素促分泌素受（Growthhormonesecreta
8、-gogue receptor，GHSR）的内源性配基，具有促进生长激素的分泌、调节摄食、能量平衡以及促进生长等生理功能。,生长激素抑制激素（Growth hormoneinhibiting hormone，GHIH）又称生长抑素（Somatostatin，SS），是一种广泛分布于神经系统和外周组织的多肽，同时具有神经递质和激素的功能。,垂体腺苷酸环化酶激活多肽（Pituitary adenylatecyclaseactivating polypeptide，PACAP）属于胰高血糖素家族成员。在水产动物中的研究发现，PACAP 基因具有促进垂体生长激素合成和分泌的功能。,神经肽Y（neuro
9、peptide Y，NPY） 属于胰多肽家族，脊椎动物的NPY 具有促进垂体激素释放、增强食欲等功能。,1.2.2肌肉组织发生和分化基因,MRFs 基因家族包括MyoD、MRF5、MyoG、MRF4 四个成员，共同参与肌肉的发生和分化过程。,胰岛素样生长因子（Insulin-like Growth Factors，IGFs）又名生长介素（Somato-medins），除参与GH/IGF-I 生长内分泌轴调控外，还对肌肉分化和生长具有重要的作用。,肌肉生长抑制素（Myostatin，MSTN） 又称为生长分化因子-8（GDF-8），属于转化生长因子（Transforming growth fac
10、tor-，TGF-） 家族， 是肌肉细胞生长的负调控因子。,小清蛋白（Parvalbumins，PVAL）是脊椎动物体内肌浆蛋白的主要成分，在肌肉的舒张运动中起着重要作用，同时也是水产动物的主要过敏原。,2.抗逆性状相关基因研究进展,2.1抗病相关基因,疾病一直是制约水产养殖业发展的重要因素之一。近年来，水产动物深受病毒、细菌、真菌、寄生虫等病害的威胁。目前，已发现一些抗病相关基因在水产动物的抗病毒防御反应中起着至关重要的作用，主要为一些干扰素诱导基因。,主要组织相容性复合体（Major histocompatibilitycomplex，MHC）是一个与抗病相关基因家族。该家族呈现高度多态性
11、，群体内有丰富的等位基因。在水产动物的多个物种中都发现MHC 基因多态性与抗病力密切相关。,双链RNA 依赖的蛋白激酶（Double-strandedRNA-dependent protein kinase，PKR）是干扰素诱导的抗病毒蛋白之一，在细胞生长、增殖、肿瘤发生和免疫反应过程中起着重要作用。,RNA 结合蛋白（TAR RNA binding protein，TRBP）是双链RNA 结合蛋白家族成员之一，具有抑制PKR 活性和调控HIV-1 基因表达的功能，还在RNA沉默中发挥作用。,防御素是广泛分布于动植物界的一类富含半胱氨酸的内源性阳离子抗菌肽，在先天性免疫系统宿主防御机制中起着重
12、要的作用，是抵御微生物入侵的重要物质。,C 型凝集素在维持机体稳定、免疫防御以及免疫监视等重要生理病理过程中发挥着重要作用。,视黄酸诱导基因-I 样受体（RIG-I-like receptors，RLRs）是能够识别病毒而并激活相关信号分子，进而启动干扰素等细胞因子的表达，在抗病毒免疫应答中发挥着重要的作用。,2.2耐寒相关基因,耐寒性状作为重要经济性状在很多大程度上影响着水产动物的水域分布及其养殖范围的推广。研究发现，生活在寒冷水域中的鱼类能够产生一些抗冻蛋白（anti-freeze proteins，AFPs），通过降低体液冰点使其机体免受冷冻的损伤。,2.3耐低氧相关基因,大规模水产养殖
13、时由于养殖密度大，极易导致水中溶解氧减少。溶解氧的缺少可能会产生一系列不良生理反应或异常变化，如摄食量减少，生长速率变慢，生殖力下降，甚至死亡。,低氧诱导因子（Hypoxia inducible factor，HIF）是参与氧稳态失衡调节的一个核心因子，在细胞低氧适应方面发挥着重要作用。,血清转铁蛋白（Transferrin，Tf）又称铁传递蛋白、运铁蛋白，是鱼类血清中一种非血红素结合铁的-球蛋白，在体内铁离子的运输中发挥着重要的作用。,IGFBP-1 基因除在生长激素信号通路中发挥着重要作用外，还是一个低氧诱导基因。,血红素加氧酶-1（Heme oxygenase-1，HO-1）是一种在氧化
14、应激反应中保护细胞的防御酶，可以避免血红素对细胞的损伤。,二.分子标记的筛选与应用,分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础的遗传标记, 是DNA 水平遗传多态性的直接反映。,近几年来国内一些单位也开发了大量的水产动物分子标记, 建立了多种不同水产养殖动物的微卫星、RAPD、AFLP、ISSR 和SNPs等分子标记技术。 在淡水动物方面, 主要筛选开发了罗非鱼、草鱼、鲢、鲤、鳙、哲罗鱼、鳜、中华鲟、铜鱼、圆口铜鱼、稀有鲕鲫等水产动物的微卫星标记； 在海水动物方面, 主要筛选开发了大菱鲆、红鳍东方触、虾夷扇贝、牙鲆、紫红笛鲷、中国对虾、真鲷、大黄鱼、皱纹盘鲍、黄鳍鲷等水产养殖动物的微卫星
15、标记。,三.基因工程和细胞工程育种,1.细胞核移植技术,这是一种将细胞核移植到另一细胞的细胞质中的生物技术，是50 年代初由美国学者Brigg s 和King 首创的，他们以豹蛙为材料， 将囊胚期的动物极细胞核移入另一去核的卵子中，获得正常发育的胚胎。,细胞核移植已在水产生物的遗传育种中发挥重要作用，但仅局限于鱼类和两栖类，对于虾、蟹、贝、藻类还一无所知。另外, 并非所有核质杂交种都可以培育成新品种，也不是所有的核质杂交种都有受体物种的性状，如鲫鱼细胞核和鲤鱼细胞质配合的杂种鱼基本上相似于供体鱼(鲫鱼)的性状， 更不是所有的种间杂交屏障都可以借助细胞核移植技术来突破， 因此，该技术应用于水产生
16、物的育种还有大量工作需要完成。,2.核酸诱导技术,核酸诱导技术是以核酸(DNA 和RNA)为介导的基因转移技术，需要提取DNA 或RNA ，并通过微量吸管注入法或受体细胞的吞饮作用把纯化的核酸导入细胞以转化受体细胞， 进而诱导受体生物产生可遗传的变异。,通过实验表明：外源核酸诱导技术可以冲破生物的种间生殖隔离, 使生物获得不同纲生物的性状, 从而为水产动物的遗传改良提供了一条颇具希望的新途径。,3.细胞与组织培养技术,这是把生物的细胞或组织在适当培养基里培养、传代、再生或快速繁殖生物的技术。,余来宁等采用电融合结合继代移核法， 将对草鱼出血病病毒(FRV)有抗性的草鱼肝细胞株(GLA)的细胞核
17、,移植到草鱼未受精卵内，获得了一批不同发育期的胚胎和存活的仔鱼。可见, 用细胞工程育种的方法，培育抗病草鱼是大有前途的，也为鱼类体细胞育种提供了依据。,4.细胞融合技术,这是将两个不同遗传性状的细胞合并为1 个杂种细胞的技术，是在细胞与组织培养基础上发展起来的细胞杂交技术。,5.基因工程技术,基因工程是20 世纪70 年代初兴起的新兴遗传育种技术。1982 年，Palmiter 等人首次将大鼠生长激素基因导入小鼠受精卵中， 获得了个体比对照组大1 倍的转基因“超级鼠” 。,目前，已先后在金鱼、鲤鱼、鲫鱼、银鲫、泥鳅获得人生长激素基因的转基因鱼。大量研究表明， 该技术在水产生物的品种改良中有巨大
18、潜力。,四.性别决定机制和性别控制研究,鱼类作为较低等脊椎动物，性别决定机制和性腺分化极其复杂， 鱼类的生理性别除了受遗传因素影响外，还受到外部环境因子(温度、光照和食物等) 的影响，是二者相互作用的结果。,刘筠在鲤科鱼类多倍体育种上首次研制出雌雄两性能育的异源四倍体鲫鲤， 将其与鲤、鲫杂交制备出不育的三倍体的湘云鲤、湘云鲫, 具有生长速度快、食性杂、抗病力强、肉味鲜美等优点。,五.鱼类低温生物工程研究,近几年来，我国在海水鱼类精子和胚胎冷冻保存方面取得重大进展，在精子冷冻保存方面， 共建立了近20种海水鱼类精子冷冻保存技术和海水鱼类精子库，达到产业化应用水平， 采用微卫星技术揭示冷冻精子受精
19、后代遗传结构没有变化，并应用冷冻精子进行了杂交育种试验。特别是在海水鱼类胚胎冷冻保存方面取得突破性进展，研究了抗冻剂对牙鲆胚胎的毒性作用，建立了海水鱼类胚胎玻璃化冷冻保存技术，多次成功地在液氮中获得冷冻复活的牙鲆胚胎， 并孵化出鱼苗，该领域的研究目前处于国际领先水平。,展望,我国近几年在水产生物技术的许多方面都开展了大量工作, 并在功能基因组、分子标记、基因工程和细胞工程、性别控制以及低温生物工程等方面取得重要进展, 在某些方向上达到或接近国际先进水平, 但总体上与国际先进水平相比, 还有相当大的差距。我国应该加强水产生物技术研究的顶层设计, 加大对水产生物技术研究与产业化应用的投入,构建我国
20、水产生物技术学术研究与交流的体系和平台, 瞄准国际上的研究前沿、针对我国水产养殖业中存在的重大问题、开展自主创新性研究, 实现我国水产生物技术研究的跨越式发展, 为我国水产养殖业的可持续健康发展提供技术支撑。,参考文献,，,【1】张玲, 丁雷, 岳永生.现代生物技术在水产动物遗传育种中的研究进展D.水利渔业,2002,2(20):4-6【2】熊良伟,王帅兵,王权.我国水产生物技术的研究进展D.生物技术通报,2010,8 :89-92【3】孙效文,张晓锋,赵莹莹等.水产生物微卫星标记技术研究进展及其应用D.中国水产科学,2008,4(15):689-730【4】郭玉华, 曾名勇.水产抗冻蛋白的研究进展及在水产行业的应用前景D.中国食品添加剂,2007,5:60-65【5】刘月星,马洪雨, 马春艳等.水产动物重要经济性状相关功能基因的研究进展D.生物技术通报,2014,2:30-40【6】孙效文,鲁翠云,贾智英, 梁利群,曹顶臣.水产动物分子育种研究进展D.中国水产科学,2009,6(16):981-990【7】张晓萌,马普,王洪迪,王秀利.SNPs 在水产动物中的研究进展D.生物技术通报,2013,8:7-11,Thank you!,
