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“芯”技术破解大黄鱼“基因密码”

2024-04-16 10:07:47  作者: 张文奎 卢杨静   来源:闽东日报   责任编辑:王予捷

“芯”技术破解大黄鱼“基因密码”

近年来,宁德市十分重视大黄鱼相关科研成果的转化,通过与企业共建平台、政策补助、技术推广等举措,推动大黄鱼产业产学研融合发展——

技术人员在实验

4月15日,在海水养殖生物育种全国重点实验室,技术人员忙着大黄鱼育种的“芯”技术攻关,力争养出“最优秀”的大黄鱼。

大黄鱼是我国特有的地方性海水鱼类,曾居我国海洋“四大渔业”之首。20世纪70年代前,平均年捕捞量约12万吨,但因过度捕捞越冬群体,致使大黄鱼资源濒临枯竭。30多年来,我市通过科技支撑、品牌优先、提质养殖、做深加工、拓宽市场等举措,宁德大黄鱼已从濒临灭绝的物种发展成为如今年产值上百亿元的富民产业,不断续写大黄鱼的“国鱼传奇”。

从濒临灭绝到人工育种养殖,最关键就是种苗。宁德泩泩渔业科技有限公司相关负责人陈佳介绍:“好的种苗是整个大黄鱼产业高质量发展的根本。近年来,宁德市一直致力于良种场的建设和优化,良种场为产业提供良种支持,满足产业对养殖品种优良性状的需求。”

多年来,“白点病”是大黄鱼养殖户的心病,每年秋末、春初,是大黄鱼群“白点病”的多发时期,一个大黄鱼群感染后,死亡率少则30%,多则高达90%。对养殖户来说,一旦发病,就意味着几个月的养殖工作全部白费。

如何破题?厦门大学海洋与地球学院的徐鹏教授团队运用芯片和大数据技术,检测大黄鱼的基因,大黄鱼育种从“芯”出发。

“面对严重危害大黄鱼养殖产业的刺激隐核虫顽疾,自2016年起,我们和宁德企业合作勇闯‘无人区’,将抗刺激隐核虫大黄鱼选育作为第一个选育方向。”厦门大学海洋与地球学院副院长、海水养殖生物育种全国重点实验室主任徐鹏说。

大黄鱼的“白点病”,是由海水中的刺激隐核虫引起的寄生虫疾病。由于海水养殖环境具有开放性特征,很难杜绝刺激隐核虫对养殖鱼类的感染。“加上人工养殖密度较高,很容易产生病害问题。”徐鹏说。

给大黄鱼喂药?不太好。农残超标危害消费者身体健康,还可能导致整个产业被市场淘汰。在感染鱼群中挑出存活大黄鱼进一步繁殖?有风险。感染后存活下来的大黄鱼并不天然具有抗病性,相反还可能成为携带者,在接下来的选育中传染给整个鱼群。

徐鹏选择换一种解决思路:用全基因组选育的方法,先给大黄鱼“出题”,再用芯片选出大黄鱼里的“优等生”。团队收集并孵化出了“白点病”的感染源——刺激隐核虫的幼虫。

在宁德大黄鱼育种基地,徐鹏团队用这些寄生虫对健康的大黄鱼进行人工感染。人工感染后的结果显示,在大黄鱼养殖群体的内部,存在对刺激隐核虫感染抗性的个体差异和多态性。也就是说,确实存在“成绩好”的大黄鱼,它们没有被感染或感染程度较低,这些“成绩好”的大黄鱼,正是徐鹏及其团队所要寻找的“优等生”。

可是,又该如何在不感染鱼群的情况下,直接找出大黄鱼里的“优等生”呢?

从2016年开始,徐鹏教授团队与宁德市富发水产有限公司开展产学合作,依托大黄鱼育种国家重点实验室(经重组成为现在的“海水养殖生物育种全国重点实验室”)平台,联合开发了“宁芯”系列大黄鱼基因组育种芯片。

由二氧化硅制作而成的小小芯片上,分布着几十万个DNA探针。将从鱼鳍中提取的DNA放在芯片上检测,就能快速准确地获取大黄鱼几十万个基因位点的信息。“这些基因位点,就是抗性大黄鱼的‘遗传密码’。”徐鹏说。

芯片的开发,帮助团队进行大黄鱼海量基因型的准确鉴定,大大提高了大黄鱼抗“白点病”新品系选育工作的准确性和效率。借助于超级计算机和育种算法,大黄鱼“优等生”的秘密得以破解。

2018年12月7日,徐鹏课题组和大黄鱼育种国家重点实验室的工作人员一起,筛选出具有抗“白点病”能力的大黄鱼亲鱼,繁殖抗病后代。

8个月后,他们验证了利用基因组选择育种获得的选育后代的抗虫性能,抗虫选育系的后代存活率显著提升35.57%。此前通过全基因组选育技术筛选抗病大黄鱼的努力,收获了阶段性成功。

2021年底,我市大黄鱼育种团队进一步开发了完全国产化、自主可控、经济高效的“宁芯3号”液相育种芯片。截至2023年底,已在省内外11家大黄鱼育种单位推广应用,检测量超过16000份,实现了大黄鱼基因组育种的全面“芯片化”,大大推进大黄鱼良种选育的高速发展。

科技创新成果如何惠及企业和千家万户?产学研融合发展是必由之路。近年来,我市十分重视大黄鱼相关科研成果的转化,通过与企业共建平台、政策补助、技术推广等举措,推动大黄鱼产业产学研融合发展。2014年,获科技部批准建设大黄鱼育种国家重点实验室,在鱼类基因资源开发、遗传工具构建、种质资源遗传评价、重要经济性状遗传基础解析、基因组选择育种技术创新等方面取得一系列研究成果。

通过政府部门、企业和科研人员的共同努力,全市水产原良种体系初步形成,全市建有市级以上原良种场7家、全国现代种业示范场2家,并拥有全国唯一的国家级大黄鱼原种场。与厦门大学、集美大学等合作建设大黄鱼育种国家重点实验室和国家级大黄鱼遗传育种中心,与东海水产研究所共建创新研究院。大黄鱼新品种研发取得初步成效,大黄鱼新品种和新品系的选育得到突破,“富发1号”大黄鱼新品种通过全国水产原种和良种审定委员会审定。2022年,在市委、市政府领导下,大黄鱼育种国家重点实验室成功优化重组为海水养殖生物育种全国重点实验室,成为福建省首个获批建设的全国重点实验室,也是目前我国在水产育种领域获批的两个全国重点实验室之一。

近年来,我市在海水养殖生物育种全国重点实验室等国家级科技创新平台上,建立了大黄鱼基因组选择、基因编辑育种、病害综合防控和预警技术体系,研发了“宁芯”系列大黄鱼基因组育种芯片,先后培育出大黄鱼“富发1号”等水产新品种,选育了“宁抗1号”“宁抗2号”等大黄鱼抗病新品系,在国际顶级期刊发表论文300余篇,获得发明专利30余项,制定发布国家标准1个、行业标准4个、团体标准1个、企业标准13个,有力推动了以大黄鱼为主的海水养殖鱼类的种业科技创新和良种化进程。

好种半年粮。通过育苗业者近20年不断努力,宁德大黄鱼养殖群体种质明显提升,二龄养成鱼的体重从2000年的平均350克提高到目前的550克。大黄鱼养殖产量已连续9年居全国海水养殖鱼类之首,是全国最大规模的网箱养殖和最畅销的海水鱼类。如今,宁德大黄鱼养殖产量占全国总产量的80%以上,宁德已发展成为全国最大的海水鱼人工繁育和网箱养殖基地。(闽东日报记者 张文奎 通讯员 卢杨静