文/本刊記者 楊平

全雌黃河鯉（圖片提供：殷戰(zhàn)）

“我們?cè)趶V東臺(tái)山的廣東海大集團(tuán)研究院的育種基地開展了2 年全雌黃河鯉與普通黃河鯉的性別混合群體在同塘的生長養(yǎng)殖試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)1 年齡全雌黃河鯉群體的體重比野生型性別混養(yǎng)對(duì)照群體分別可增產(chǎn)32.66%（2019 年度）和25.64%（2020年度）（廣東地區(qū)）， 均極為顯著地提高了黃河鯉群體的養(yǎng)殖產(chǎn)量和效率。這是世界首例通過利用基因工程技術(shù)，不依賴激素活性物質(zhì)誘導(dǎo)處理，進(jìn)行魚類單性別群體創(chuàng)制， 黃河鯉全雌群體的成功構(gòu)建，是由模式魚的機(jī)制性基礎(chǔ)研究，到單性養(yǎng)殖魚群體構(gòu)建的應(yīng)用研究的范例，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。 ”7月19 日， 中國科學(xué)院水生生物研究所的殷戰(zhàn)所長向記者介紹道。

繁育與苗種供應(yīng)產(chǎn)業(yè)的瓶頸

我國是世界上水產(chǎn)養(yǎng)殖第一大國，不僅養(yǎng)殖產(chǎn)量高，養(yǎng)殖對(duì)象的種類也多，其中僅大的門類就包括了鱉、魚、蝦、蟹、貝、藻、參，其繁育特性五花八門，各有特色。對(duì)繁育過程的了解，是獲得養(yǎng)殖對(duì)象的群體，開展生產(chǎn)性活動(dòng)的第一步，也是從事種質(zhì)資源保護(hù)、優(yōu)良品種培育的基礎(chǔ)。

養(yǎng)殖動(dòng)物的繁育過程包括父母親本培育、催產(chǎn)、受精、孵化、培苗，因此對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物繁育過程的研究，通常需要掌握成年養(yǎng)殖對(duì)象的性別鑒別、性腺成熟的判斷、催產(chǎn)時(shí)機(jī)與方式、精卵采集與受精的操作技術(shù)、受精卵孵化條件（水質(zhì)、光照、溫度、溶氧、水流及附著物等）的掌握和控制、營養(yǎng)需求的滿足（包括開口餌料的選擇與準(zhǔn)備、餌料投喂劑量與方式）、特定病原防控與健康養(yǎng)殖方式等。 對(duì)這些階段的技術(shù)研發(fā)， 往往建立在對(duì)各養(yǎng)殖對(duì)象在天然環(huán)境下的自然繁育過程的充分觀察和了解，包括對(duì)其產(chǎn)卵、攝食習(xí)性、生態(tài)環(huán)境的長期研究。

cyp17a1 基因編輯操作構(gòu)建全雌鯉群體及8 月齡和1 年齡全雌鯉和對(duì)照組鯉同塘生長對(duì)比結(jié)果（圖片提供：殷戰(zhàn)）

在上世紀(jì)50 年代，我國首次實(shí)現(xiàn)了家魚的人工繁育，其后已有超過50 余養(yǎng)殖種類成功實(shí)現(xiàn)了人工繁育， 已能基本滿足多數(shù)種類養(yǎng)殖的產(chǎn)業(yè)需求， 但依然存在著對(duì)一些養(yǎng)殖對(duì)象的人工繁殖技術(shù)及其大規(guī)模苗種培育未能實(shí)現(xiàn)完全成功， 例如少數(shù)特有的洄游性魚類（刀鱭、圓口銅魚）或具有天然性別逆轉(zhuǎn)的養(yǎng)殖魚（如黃鱔、石斑魚）的繁殖生物學(xué)、人工催熟和開口餌料的準(zhǔn)備等，依然面臨約束規(guī)?；庇c苗種供應(yīng)產(chǎn)業(yè)的瓶頸。

成熟和體質(zhì)優(yōu)良的雌、 雄親本培育是繁育的重要環(huán)節(jié)，這首先便需要鑒別養(yǎng)殖動(dòng)物的性別，盡管許多的成年對(duì)象具有一些可供鑒別的外部性狀特征，但對(duì)一些物種（如蝦、鯉等）的外部性別鑒定特征掌握卻需要長期的經(jīng)驗(yàn)與觀察， 需要依賴通過雌、雄個(gè)體的遺傳物質(zhì)DNA 的不同而得到確定。而且，某些魚類還會(huì)在養(yǎng)殖過程出現(xiàn)性別轉(zhuǎn)換，例如先雌后雄的黃鱔性別轉(zhuǎn)換、 養(yǎng)殖溫度升高導(dǎo)致鯽雄性化傾向， 這些因素都會(huì)影響對(duì)獲取大懷卵量親本的選擇和培育條件。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“藍(lán)色糧倉科技創(chuàng)新”重點(diǎn)專項(xiàng)， 重要水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物性別與發(fā)育的遺傳基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制研究” 項(xiàng)目中殷戰(zhàn)做為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：一是水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物性別決定的多樣性和可塑性強(qiáng)的調(diào)控機(jī)制、性腺發(fā)育與環(huán)境互作的機(jī)制、 倍性操作影響性別發(fā)育和育性發(fā)育調(diào)控機(jī)制、 顯著兩性異形導(dǎo)致優(yōu)良生產(chǎn)性狀發(fā)生的機(jī)制開展系統(tǒng)的研究；二是采用對(duì)研究對(duì)象的基因組的精細(xì)分析、 性別標(biāo)記的研究成果與應(yīng)用； 三是通過完善和構(gòu)建的水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物基因功能研究技術(shù)體系， 致力于對(duì)候選性別調(diào)控關(guān)鍵基因的功能驗(yàn)證工作； 四是通過對(duì)多種不同進(jìn)化地位的水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)象的研究， 也將為開展水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物性別、 發(fā)育機(jī)制的演化進(jìn)程的研究提供獨(dú)特的系統(tǒng)證據(jù)， 從而奠定對(duì)發(fā)展新型性別控制理論和技術(shù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

攻克水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵難題

南方鲇（圖片提供：王德壽）

長江所的鱘魚性別特異性標(biāo)記鑒定及特征分析工作輔助了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部中華鱘保育和增殖放流中心等多個(gè)機(jī)構(gòu)養(yǎng)殖的中華鱘、長江鱘，以及對(duì)鱘龍公司的俄羅斯鱘進(jìn)行了性別鑒定，對(duì)其合理分配養(yǎng)殖資源、繁育、魚子醬生產(chǎn)和增殖放流提供了技術(shù)支撐，圖為中華鱘。（圖片提供：阮瑞）

據(jù)了解這是我國首次針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的性別分化和繁育過程開展研究的基礎(chǔ)性項(xiàng)目。 該項(xiàng)目由在國內(nèi)從事水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)象性別發(fā)育和繁育研究優(yōu)勢(shì)的22 個(gè)單位的26 個(gè)團(tuán)隊(duì)共同組成。經(jīng)過2年多的研究，已取得許多進(jìn)展。①在大量的針對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物的基因組分析與驗(yàn)證基礎(chǔ)上，目前已發(fā)掘獲得了包括中華鱉、羅氏沼蝦、擬穴青蟹、施氏鱘、紋東方鲀等18 個(gè)物種共74 個(gè)性別特異分子標(biāo)記和2 個(gè)性別特異片段，建立了對(duì)這些養(yǎng)殖對(duì)象的快捷及有效的性別特異分子標(biāo)記鑒定技術(shù)； ②初步闡明了四指馬鲅、假雌羅氏沼蝦、三倍體牡蠣、海灣扇貝、暗紋東方鲀、線紋海馬等一些新型養(yǎng)殖對(duì)象或育種材料的繁殖特性、性別和性腺發(fā)育調(diào)控關(guān)鍵分子鑒別，以幫助相關(guān)新型養(yǎng)殖對(duì)象在產(chǎn)業(yè)推廣應(yīng)用中的繁殖和苗種培育；③完成了全雌鯉和草魚、偽雌鱉、全雄南方鲇、XX 全雌和XY 全雄群體羅非魚等性別控制育種技術(shù)、單性個(gè)體培育和生長對(duì)比等實(shí)驗(yàn)， 并證明這些技術(shù)的應(yīng)用， 可以顯著提升草、鯉、南方鲇、羅非魚等養(yǎng)殖產(chǎn)量和效率。在各門類水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的性別發(fā)育和調(diào)控機(jī)制的原有研究基礎(chǔ)方面，都已取得了長足的進(jìn)步，尤其是針對(duì)性別確定的分子標(biāo)記的確定方面，為相關(guān)魚、蝦、蟹、貝、參產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了有效的支撐，而在基礎(chǔ)研究的技術(shù)方面，也在蝦的基因編輯技術(shù)研發(fā)方面，取得了顯著進(jìn)展，將為未來蝦類動(dòng)物的基因功能研究提供強(qiáng)有力的研究手段， 從而大幅提升人類對(duì)蝦類動(dòng)物各種功能和調(diào)控機(jī)制， 包括性別發(fā)育調(diào)控理論與性別控制技術(shù)的突破奠定基礎(chǔ)。

談及項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人殷戰(zhàn)說道：“多數(shù)的鯉科魚類均表現(xiàn)出雌魚的生長快于雄魚的‘兩性生長異形’的特征，因此，實(shí)現(xiàn)全雌鯉的養(yǎng)殖，便會(huì)較傳統(tǒng)雌、雄混合群體的養(yǎng)殖提高產(chǎn)量。但此中理念的應(yīng)用，因?yàn)榇笠?guī)模的雌、雄形態(tài)或遺傳篩選區(qū)分雌、雄魚苗而實(shí)現(xiàn)對(duì)雄魚苗的剔除，僅對(duì)剩余的雌魚苗進(jìn)行全雌養(yǎng)殖來實(shí)現(xiàn)的， 那樣的操作無疑伴隨著大量的人力物力的投入。 ”

據(jù)介紹， 該團(tuán)隊(duì)開發(fā)出不依賴于外源激素活性物質(zhì)處理的手段，獲得穩(wěn)定的“不含雄性性別決定遺傳因子的雄魚”的方法，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 利用基因編輯手段， 發(fā)現(xiàn)對(duì)CYP17A1 單基因在黃河鯉中完全精準(zhǔn)敲除后， 可以使所有的黃河鯉的性腺均穩(wěn)定發(fā)育為精巢， 并可產(chǎn)生大量的高質(zhì)量精子。 通過前期發(fā)掘的鯉雄性遺傳決定分子標(biāo)記進(jìn)行篩選，從中選取了在遺傳性別決定中，原本不含雄性遺傳決定因子的黃河鯉， 這些魚原本應(yīng)該發(fā)育為產(chǎn)卵的雌魚，但由于CYP17A1 基因的突變，使該群體也發(fā)育為產(chǎn)生精子的魚，其精巢發(fā)育良好，并能穩(wěn)定產(chǎn)生大量的高質(zhì)量不含雄性性別決定遺傳因子的精子， 利用這類精子與普通黃河鯉的卵子進(jìn)行人工受精，2 年來已獲得了近20 萬尾黃河鯉魚苗，由于其精子、卵子中均不含有雄性遺傳決定因子，這些魚苗長成以后的群體100%成為預(yù)期一樣的雌性個(gè)體（cyp17a1+/-XX）。

科研與培訓(xùn)造福漁民

項(xiàng)目參加單位西南大學(xué)的王德壽教授告訴記者， 全基因組序列信息和性別連鎖分子標(biāo)記的研究， 為養(yǎng)殖南方鲇提供了有效的性別鑒定分子標(biāo)記方法， 同時(shí)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的的南方鲇的全基因組精細(xì)圖譜及其功能分析成果也為針對(duì)南方鲇后續(xù)的功能研究提供了重要的信息、 注釋信息和表達(dá)信息基礎(chǔ)。 這些工作將為后續(xù)鲇魚分子育種及新品種選育等應(yīng)用研究工作的開展提供了完整的數(shù)據(jù)支持； 從而為南方鲇的遺傳育種和性別決定機(jī)制研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)， 兼具基礎(chǔ)研究和水產(chǎn)應(yīng)用雙重價(jià)值，成果達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所在河北等主養(yǎng)區(qū)域推廣人工合成同源三倍體虹鱒苗種120 萬粒（尾）；支撐都江堰新聯(lián)水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司虹鱒年產(chǎn)量可達(dá)2800 噸；在河南等地對(duì)140 余位水產(chǎn)基礎(chǔ)技術(shù)人員和養(yǎng)殖戶開展了多倍體養(yǎng)殖技術(shù)培訓(xùn)； 與北京市水生野生動(dòng)植物救護(hù)中心簽訂了鮭鱒魚類三倍體育種技術(shù)服務(wù)協(xié)議。 長江所的鱘魚性別特異性標(biāo)記鑒定及特征分析工作輔助了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部中華鱘保育和增殖放流中心等多個(gè)機(jī)構(gòu)養(yǎng)殖的中華鱘、長江鱘，以及對(duì)鱘龍公司的俄羅斯鱘進(jìn)行了性別鑒定，對(duì)其合理分配養(yǎng)殖資源、繁育、魚子醬生產(chǎn)和增殖放流提供了技術(shù)支撐。湖南農(nóng)大團(tuán)隊(duì)于2019 年在湖南地區(qū)的中華鱉養(yǎng)殖示范面積達(dá)4440 畝， 通過中華鱉特有分子標(biāo)記、關(guān)鍵候選基因篩選優(yōu)質(zhì)親本等技術(shù)， 結(jié)合池塘生態(tài)養(yǎng)鱉模式的推廣應(yīng)用，創(chuàng)產(chǎn)值2139.20 萬元，創(chuàng)利潤824.24 萬元。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目執(zhí)行期間，共培訓(xùn)養(yǎng)殖和技術(shù)人員6513 人；示范推廣面積4880 畝；成果轉(zhuǎn)讓收入14.00 萬元， 創(chuàng)產(chǎn)值2139.20 萬元，創(chuàng)利潤824.24 萬元；帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增收500 萬元。通過對(duì)接服務(wù)縣域、企業(yè)，提供了技術(shù)扶持，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平。對(duì)水生動(dòng)物增殖放流、育種技術(shù)、 自然資源的保護(hù)和新種質(zhì)開發(fā)等具有指導(dǎo)意義。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人殷戰(zhàn)表示目前項(xiàng)目整體進(jìn)展順利，完成了預(yù)期研究內(nèi)容，并通過科普與培訓(xùn)等活動(dòng)，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)獲得眾多水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用品系，具有很高的潛在社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 將帶領(lǐng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)取通過對(duì)更多的水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物基因組數(shù)據(jù)綜合分析，發(fā)掘出1-2 種養(yǎng)殖動(dòng)物的性別決定基因，并揭示其對(duì)性別調(diào)控的分子機(jī)制； 探討水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物各門類間的性別分化調(diào)控， 獲得動(dòng)物性別發(fā)育調(diào)控的一般性演化規(guī)律。