水產(chǎn)生物技術(shù)的研究進(jìn)展

1、水產(chǎn)生物技術(shù)的研究進(jìn)展我國(guó)水產(chǎn)研究現(xiàn)狀 中國(guó)是水產(chǎn)動(dòng)物種質(zhì)資源大國(guó)，在種子庫(kù)方面投入較多，但由于人為活動(dòng)和資源環(huán)境的惡化，種質(zhì)資源的保護(hù)水水平相對(duì)較低，系統(tǒng)研究種質(zhì)資源保護(hù)的機(jī)構(gòu)少，國(guó)家投入的研究費(fèi)用也較少。 中國(guó)養(yǎng)殖魚(yú)類的“品種”多，且來(lái)源復(fù)雜，但人工選育的良種較少，主要養(yǎng)殖對(duì)象多為野生種。且由于研究與生產(chǎn)單位對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象遺傳保護(hù)重視的程度不夠，致使中國(guó)養(yǎng)殖魚(yú)類“品種”普遍存在近親交配和種質(zhì)退化的現(xiàn)象。在選育種理論方面，對(duì)“品種”的異質(zhì)性認(rèn)識(shí)不夠。 中國(guó)在開(kāi)發(fā)應(yīng)用生物技術(shù)方面，有一些人才，但開(kāi)展原創(chuàng)性研究的人才還比較缺乏。水產(chǎn)生物技術(shù)領(lǐng)域的組織機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)不夠健全，缺乏水產(chǎn)生物技術(shù)學(xué)術(shù)交流的

2、穩(wěn)定平臺(tái)。國(guó)內(nèi)水產(chǎn)生物技術(shù)領(lǐng)域的大項(xiàng)目還相對(duì)較少，資助強(qiáng)度不大，且較分散、不系統(tǒng)。功能基因、分子標(biāo)記、基因打靶等研究落后，基因工程疫苗研制方面差距較大。一.水產(chǎn)動(dòng)物功能基因的篩選與克隆 功能基因組研究是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)水產(chǎn)生物技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要特點(diǎn)。 近年來(lái)，隨著基因組學(xué)等分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水產(chǎn)動(dòng)物的重要經(jīng)濟(jì)性狀的研究備受關(guān)注。關(guān)于性別、生長(zhǎng)、抗病、耐寒和耐低氧等性狀的分子理論機(jī)制的研究取得了一定的成就，大量與之相關(guān)的功能基因也相繼被鑒定出來(lái)?？寺〉幕蚩寺〉幕虼笾驴煞譃槊庖?抗病相關(guān)基因、生長(zhǎng)、生殖與發(fā)育相關(guān)基因、性別控制相關(guān)基因、溶菌酶和激酶等酶類基因等幾大類。研究的對(duì)象研究的對(duì)象主

3、要包括牙鲆、大菱鲆、石斑魚(yú)、大黃魚(yú)、鱸、真鯛、羅非魚(yú)、銀鯽、鱖、鰱、黃鱔、草魚(yú)、鯉、黃顙魚(yú)、翹嘴紅鮊、鱘魚(yú)等海、淡水養(yǎng)殖魚(yú)類, 中國(guó)對(duì)蝦、斑節(jié)對(duì)蝦、螯蝦、中華鱉、扇貝、中華絨螯蟹、羅氏沼蝦和日本沼蝦等無(wú)脊椎動(dòng)物，另外還有斑馬魚(yú)和文昌魚(yú)等模式動(dòng)物。1.生產(chǎn)性狀相關(guān)基因研究進(jìn)展生產(chǎn)性狀相關(guān)基因研究進(jìn)展1.1性別相關(guān)基因 多數(shù)水產(chǎn)動(dòng)物的雌雄個(gè)體之間存在顯著的生物學(xué)差異，如尼羅羅非魚(yú)（Oreo-chromis niloticus）雄性個(gè)體較雌性大且生長(zhǎng)速度快，鯉魚(yú)（Cyprinuscarpio L.）、半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）等魚(yú)類雌性個(gè)體較大；雌性蟹類比雄性具有更高的

4、食用價(jià)值。因此，可以通過(guò)對(duì)上述水產(chǎn)動(dòng)物進(jìn)行單性養(yǎng)殖來(lái)降低養(yǎng)殖成本和提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 Sox9（SRY-related HMG-box gene 9） 基因是哺乳動(dòng)物性別決定直接相關(guān)的基因，位于常染色體上，其表達(dá)具有性別專一性，僅在精巢中表達(dá)。水產(chǎn)動(dòng)物中存在兩個(gè)Sox9 基因的拷貝，分別為Sox9a 和Sox9b。雖然其表達(dá)不能像哺乳動(dòng)物一樣具備性別專一性，但其在雌雄中的表達(dá)量存在一定的差異。 Dmrt（Double-sex and Mab-3 related transcriptionfactor）是一個(gè)與性別決定相關(guān)的基因家族。目前，已在魚(yú)類中發(fā)現(xiàn)5 種屬Dmrt 家族的基因：Dmrt1、

5、Dmrt2、Dmrt3、Dmrt4 和Dmrt5。Dmrt1 基因是目前已知的參與性別決定與分化進(jìn)程的唯一的在動(dòng)物門間具有保守性的基因。母蟹公蟹 抗繆勒氏管激素抗繆勒氏管激素（Anti-Mllerian Hormone，AMH）也叫繆勒氏管抑制物（Mllerian inhibiting substance，MIS），是一種肽類細(xì)胞因子，屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF-）超家族。雖然魚(yú)類缺乏繆勒管，但研究發(fā)現(xiàn)AMH 基因?qū)︳~(yú)類的精原細(xì)胞的增殖和分化起調(diào)節(jié)作用。 細(xì)胞色素細(xì)胞色素P450 芳香化酶芳香化酶（Cytochrome P450aromatase，P450 arom/CYP19）是催化雄性激素向

6、雌性激素轉(zhuǎn)化的一個(gè)關(guān)鍵酶，當(dāng)其活性被抑制后可誘導(dǎo)偽雄魚(yú)的產(chǎn)生。 DMY 基因基因（DM domain gene on Y-chromosome）是繼SRY 基因后在XX-XY 性別決定類型中發(fā)現(xiàn)的位于Y 染色體上的性別決定基因（在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)性別決定基因，具有起始精巢分化的功能）1.2生長(zhǎng)相關(guān)基因 生長(zhǎng)性狀是水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的性狀之一，其直接影響經(jīng)濟(jì)效益。水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育是一個(gè)高度復(fù)雜的過(guò)程，受遺傳基因、營(yíng)養(yǎng)、激素和環(huán)境等多種因素的影響。已發(fā)現(xiàn)的生長(zhǎng)候選基因主要包括：（1）與生長(zhǎng)軸及其調(diào)控相關(guān)的基因和（2）參與肌肉組織發(fā)生和分化過(guò)程的基因。1.2.1生長(zhǎng)軸相關(guān)基因 生長(zhǎng)激素

7、生長(zhǎng)激素（Growth hormone，GH）由垂體分泌后，與生長(zhǎng)激素受體（growth hormone receptor，GHR） 結(jié)合， 進(jìn)而刺激肝臟等組織分泌胰島素樣生長(zhǎng)因子（Insulin-likeGrowth Factor I，IGF-I），后者通過(guò)IGF 受體的介導(dǎo)發(fā)揮生物功能。 生長(zhǎng)激素釋放激素生長(zhǎng)激素釋放激素（Growth hormone releasinghormone，GHRH）又稱生長(zhǎng)激素釋放因子（Growthhormone releasing factor，GRF），具有刺激垂體細(xì)胞合成和分泌生長(zhǎng)激素的功能。此外，對(duì)細(xì)胞增殖分化和腦垂體形成等也具有重要作用。 生長(zhǎng)激素釋

8、放肽生長(zhǎng)激素釋放肽（Ghrelin）是生長(zhǎng)激素促分泌素受（Growthhormonesecreta -gogue receptor，GHSR）的內(nèi)源性配基，具有促進(jìn)生長(zhǎng)激素的分泌、調(diào)節(jié)攝食、能量平衡以及促進(jìn)生長(zhǎng)等生理功能。 生長(zhǎng)激素抑制激素（生長(zhǎng)激素抑制激素（Growth hormoneinhibiting hormone，GHIH）又稱生長(zhǎng)抑素（Somatostatin，SS），是一種廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織的多肽，同時(shí)具有神經(jīng)遞質(zhì)和激素的功能。 垂體腺苷酸環(huán)化酶激活多肽垂體腺苷酸環(huán)化酶激活多肽（Pituitary adenylatecyclaseactivating polypepti

9、de，PACAP）屬于胰高血糖素家族成員。在水產(chǎn)動(dòng)物中的研究發(fā)現(xiàn)，PACAP 基因具有促進(jìn)垂體生長(zhǎng)激素合成和分泌的功能。 神經(jīng)肽神經(jīng)肽Y（neuropeptide Y，NPY） 屬于胰多肽家族，脊椎動(dòng)物的NPY 具有促進(jìn)垂體激素釋放、增強(qiáng)食欲等功能。1.2.2肌肉組織發(fā)生和分化基因MRFs 基因家族基因家族包括MyoD、MRF5、MyoG、MRF4 四個(gè)成員，共同參與肌肉的發(fā)生和分化過(guò)程。胰島素樣生長(zhǎng)因子胰島素樣生長(zhǎng)因子（Insulin-like Growth Factors，IGFs）又名生長(zhǎng)介素（Somato-medins），除參與GH/IGF-I 生長(zhǎng)內(nèi)分泌軸調(diào)控外，還對(duì)肌肉分化和生長(zhǎng)具

10、有重要的作用。肌肉生長(zhǎng)抑制素肌肉生長(zhǎng)抑制素（Myostatin，MSTN） 又稱為生長(zhǎng)分化因子-8（GDF-8），屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（Transforming growth factor-，TGF-） 家族， 是肌肉細(xì)胞生長(zhǎng)的負(fù)調(diào)控因子。小清蛋白小清蛋白（Parvalbumins，PVAL）是脊椎動(dòng)物體內(nèi)肌漿蛋白的主要成分，在肌肉的舒張運(yùn)動(dòng)中起著重要作用，同時(shí)也是水產(chǎn)動(dòng)物的主要過(guò)敏原。2.抗逆性狀相關(guān)基因研究進(jìn)展抗逆性狀相關(guān)基因研究進(jìn)展2.1抗病相關(guān)基因 疾病一直是制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要因素之一。近年來(lái)，水產(chǎn)動(dòng)物深受病毒、細(xì)菌、真菌、寄生蟲(chóng)等病害的威脅。目前，已發(fā)現(xiàn)一些抗病相關(guān)基因在水產(chǎn)動(dòng)物的

11、抗病毒防御反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，主要為一些干擾素誘導(dǎo)基因。 主要組織相容性復(fù)合體主要組織相容性復(fù)合體（Major histocompatibilitycomplex，MHC）是一個(gè)與抗病相關(guān)基因家族。該家族呈現(xiàn)高度多態(tài)性，群體內(nèi)有豐富的等位基因。在水產(chǎn)動(dòng)物的多個(gè)物種中都發(fā)現(xiàn)MHC 基因多態(tài)性與抗病力密切相關(guān)。 雙鏈雙鏈RNA 依賴的蛋白激酶依賴的蛋白激酶（Double-strandedRNA-dependent protein kinase，PKR）是干擾素誘導(dǎo)的抗病毒蛋白之一，在細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、腫瘤發(fā)生和免疫反應(yīng)過(guò)程中起著重要作用。 RNA 結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白（TAR RNA bindin

12、g protein，TRBP）是雙鏈RNA 結(jié)合蛋白家族成員之一，具有抑制PKR 活性和調(diào)控HIV-1 基因表達(dá)的功能，還在RNA沉默中發(fā)揮作用。 防御素防御素是廣泛分布于動(dòng)植物界的一類富含半胱氨酸的內(nèi)源性陽(yáng)離子抗菌肽，在先天性免疫系統(tǒng)宿主防御機(jī)制中起著重要的作用，是抵御微生物入侵的重要物質(zhì)。 C 型凝集素型凝集素在維持機(jī)體穩(wěn)定、免疫防御以及免疫監(jiān)視等重要生理病理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。 視黃酸誘導(dǎo)基因視黃酸誘導(dǎo)基因-I 樣受體樣受體（RIG-I-like receptors，RLRs）是能夠識(shí)別病毒而并激活相關(guān)信號(hào)分子，進(jìn)而啟動(dòng)干擾素等細(xì)胞因子的表達(dá)，在抗病毒免疫應(yīng)答中發(fā)揮著重要的作用。2.2

13、耐寒相關(guān)基因 耐寒性狀作為重要經(jīng)濟(jì)性狀在很多大程度上影響著水產(chǎn)動(dòng)物的水域分布及其養(yǎng)殖范圍的推廣。研究發(fā)現(xiàn)，生活在寒冷水域中的魚(yú)類能夠產(chǎn)生一些抗凍蛋白（anti-freeze proteins，AFPs），通過(guò)降低體液冰點(diǎn)使其機(jī)體免受冷凍的損傷。2.3耐低氧相關(guān)基因 大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖時(shí)由于養(yǎng)殖密度大，極易導(dǎo)致水中溶解氧減少。溶解氧的缺少可能會(huì)產(chǎn)生一系列不良生理反應(yīng)或異常變化，如攝食量減少，生長(zhǎng)速率變慢，生殖力下降，甚至死亡。 低氧誘導(dǎo)因子低氧誘導(dǎo)因子（Hypoxia inducible factor，HIF）是參與氧穩(wěn)態(tài)失衡調(diào)節(jié)的一個(gè)核心因子，在細(xì)胞低氧適應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用。 血清轉(zhuǎn)鐵蛋白血清轉(zhuǎn)

14、鐵蛋白（Transferrin，Tf）又稱鐵傳遞蛋白、運(yùn)鐵蛋白，是魚(yú)類血清中一種非血紅素結(jié)合鐵的-球蛋白，在體內(nèi)鐵離子的運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用。 IGFBP-1 基因基因除在生長(zhǎng)激素信號(hào)通路中發(fā)揮著重要作用外，還是一個(gè)低氧誘導(dǎo)基因。 血紅素加氧酶血紅素加氧酶-1（Heme oxygenase-1，HO-1）是一種在氧化應(yīng)激反應(yīng)中保護(hù)細(xì)胞的防御酶，可以避免血紅素對(duì)細(xì)胞的損傷。二.分子標(biāo)記的篩選與應(yīng)用 分子標(biāo)記分子標(biāo)記是以個(gè)體間遺傳物質(zhì)內(nèi)核苷酸序列變異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記, 是DNA 水平遺傳多態(tài)性的直接反映。 近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)一些單位也開(kāi)發(fā)了大量的水產(chǎn)動(dòng)物分子標(biāo)記, 建立了多種不同水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的微衛(wèi)星、

15、RAPD、AFLP、ISSR 和SNPs等分子標(biāo)記技術(shù)。 在淡水動(dòng)物方面, 主要篩選開(kāi)發(fā)了羅非魚(yú)、草魚(yú)、鰱、鯉、鳙、哲羅魚(yú)、鱖、中華鱘、銅魚(yú)、圓口銅魚(yú)、稀有鮞鯽等水產(chǎn)動(dòng)物的微衛(wèi)星標(biāo)記； 在海水動(dòng)物方面, 主要篩選開(kāi)發(fā)了大菱鲆、紅鰭東方觸、蝦夷扇貝、牙鲆、紫紅笛鯛、中國(guó)對(duì)蝦、真鯛、大黃魚(yú)、皺紋盤(pán)鮑、黃鰭鯛等水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的微衛(wèi)星標(biāo)記。三.基因工程和細(xì)胞工程育種1.細(xì)胞核移植技術(shù)細(xì)胞核移植技術(shù) 這是一種將細(xì)胞核移植到另一細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的生物技術(shù)，是50 年代初由美國(guó)學(xué)者Brigg s 和King 首創(chuàng)的，他們以豹蛙為材料， 將囊胚期的動(dòng)物極細(xì)胞核移入另一去核的卵子中，獲得正常發(fā)育的胚胎。 細(xì)胞核移植

16、已在水產(chǎn)生物的遺傳育種中發(fā)揮重要作用，但僅局限于魚(yú)類和兩棲類，對(duì)于蝦、蟹、貝、藻類還一無(wú)所知。另外, 并非所有核質(zhì)雜交種都可以培育成新品種，也不是所有的核質(zhì)雜交種都有受體物種的性狀，如鯽魚(yú)細(xì)胞核和鯉魚(yú)細(xì)胞質(zhì)配合的雜種魚(yú)基本上相似于供體魚(yú)(鯽魚(yú))的性狀， 更不是所有的種間雜交屏障都可以借助細(xì)胞核移植技術(shù)來(lái)突破， 因此，該技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)生物的育種還有大量工作需要完成。2.核酸誘導(dǎo)技術(shù)核酸誘導(dǎo)技術(shù) 核酸誘導(dǎo)技術(shù)核酸誘導(dǎo)技術(shù)是以核酸(DNA 和RNA)為介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，需要提取DNA 或RNA ，并通過(guò)微量吸管注入法或受體細(xì)胞的吞飲作用把純化的核酸導(dǎo)入細(xì)胞以轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞， 進(jìn)而誘導(dǎo)受體生物產(chǎn)生可遺

17、傳的變異。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明：外源核酸誘導(dǎo)技術(shù)可以沖破生物的種間生殖隔離, 使生物獲得不同綱生物的性狀, 從而為水產(chǎn)動(dòng)物的遺傳改良提供了一條頗具希望的新途徑。3.細(xì)胞與組織培養(yǎng)技術(shù)細(xì)胞與組織培養(yǎng)技術(shù) 這是把生物的細(xì)胞或組織在適當(dāng)培養(yǎng)基里培養(yǎng)、傳代、再生或快速繁殖生物的技術(shù)。 余來(lái)寧等采用電融合結(jié)合繼代移核法， 將對(duì)草魚(yú)出血病病毒(FRV)有抗性的草魚(yú)肝細(xì)胞株(GLA)的細(xì)胞核,移植到草魚(yú)未受精卵內(nèi)，獲得了一批不同發(fā)育期的胚胎和存活的仔魚(yú)?？梢?jiàn), 用細(xì)胞工程育種的方法，培育抗病草魚(yú)是大有前途的，也為魚(yú)類體細(xì)胞育種提供了依據(jù)。4.細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞融合技術(shù) 這是將兩個(gè)不同遺傳性狀的細(xì)胞合并為1 個(gè)雜種細(xì)

18、胞的技術(shù)，是在細(xì)胞與組織培養(yǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的細(xì)胞雜交技術(shù)。5.基因工程技術(shù)基因工程技術(shù) 基因工程是20 世紀(jì)70 年代初興起的新興遺傳育種技術(shù)。1982 年，Palmiter 等人首次將大鼠生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫芫阎校?獲得了個(gè)體比對(duì)照組大1 倍的轉(zhuǎn)基因“超級(jí)鼠” 。 目前，已先后在金魚(yú)、鯉魚(yú)、鯽魚(yú)、銀鯽、泥鰍獲得人生長(zhǎng)激素基因的轉(zhuǎn)基因魚(yú)。大量研究表明， 該技術(shù)在水產(chǎn)生物的品種改良中有巨大潛力。四.性別決定機(jī)制和性別控制研究 魚(yú)類作為較低等脊椎動(dòng)物，性別決定機(jī)制和性腺分化極其復(fù)雜， 魚(yú)類的生理性別除了受遺傳因素影響外，還受到外部環(huán)境因子(溫度、光照和食物等) 的影響，是二者相互作用的結(jié)果。

19、劉筠在鯉科魚(yú)類多倍體育種上首次研制出雌雄兩性能育的異源四倍體鯽鯉， 將其與鯉、鯽雜交制備出不育的三倍體的湘云鯉、湘云鯽, 具有生長(zhǎng)速度快、食性雜、抗病力強(qiáng)、肉味鮮美等優(yōu)點(diǎn)。五.魚(yú)類低溫生物工程研究 近幾年來(lái)，我國(guó)在海水魚(yú)類精子和胚胎冷凍保存方面取得重大進(jìn)展，在精子冷凍保存方面， 共建立了近20種海水魚(yú)類精子冷凍保存技術(shù)和海水魚(yú)類精子庫(kù)，達(dá)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用水平， 采用微衛(wèi)星技術(shù)揭示冷凍精子受精后代遺傳結(jié)構(gòu)沒(méi)有變化，并應(yīng)用冷凍精子進(jìn)行了雜交育種試驗(yàn)。特別是在海水魚(yú)類胚胎冷凍保存方面取得突破性進(jìn)展，研究了抗凍劑對(duì)牙鲆胚胎的毒性作用，建立了海水魚(yú)類胚胎玻璃化冷凍保存技術(shù)，多次成功地在液氮中獲得冷凍復(fù)活的牙鲆胚胎， 并孵化出魚(yú)苗，該領(lǐng)域的研究目前處于國(guó)際領(lǐng)先水平。展望 我國(guó)近幾年在水產(chǎn)生物技術(shù)的許多方面都開(kāi)展了大量工作, 并在功能基因組、分子標(biāo)記、