孫永華 ， 胡煒 *

（1.中國科學院水生生物研究所，淡水生態(tài)與生物技術國家重點實驗室，國家水生生物種質資源庫，武漢 430072； 2.湖北洪山實驗室，武漢 430070）

魚類等水產(chǎn)品作為藍色食物，被公認為優(yōu)質的蛋白源，在保障世界約30億人的食物和營養(yǎng)安全中發(fā)揮了重要作用[1]。2022年8月，聯(lián)合國糧農(nóng)組織發(fā)布了《2022年世界漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖狀況報告》，再次明確指出，漁業(yè)和水產(chǎn)品現(xiàn)在和今后在為世界不斷增長的人口提供食物和營養(yǎng)方面將發(fā)揮日益重要的作用。國際社會一致認為，可持續(xù)發(fā)展的漁業(yè)只能通過不斷發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖來實現(xiàn)[2]。自20世紀80年代以來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量持續(xù)增長，成為大農(nóng)業(yè)中發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。近30年來，中國一直是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的60%以上，當今我國人民餐桌上近1/3的優(yōu)質動物蛋白來源于水產(chǎn)品，中國水產(chǎn)養(yǎng)殖的成功經(jīng)驗也為世界所矚目[3]。水產(chǎn)種業(yè)和新種質創(chuàng)制是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的源頭和關鍵。因此，綜合利用遺傳學、細胞生物學、生物技術學等方法開展魚類等水產(chǎn)動物生物育種，創(chuàng)制高產(chǎn)、優(yōu)質、抗病、抗逆的水產(chǎn)新種質，將有力推動現(xiàn)代漁業(yè)的轉型升級和綠色發(fā)展，是踐行大食物觀和落實鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要途徑。

自然界存在的魚類種類繁多，目前已知有3萬余種，占到脊椎動物種類總數(shù)的一半以上[4]。如此眾多的魚類，其生長和繁育特性各異，為魚類生物育種提供了極其豐富的種質資源和基因庫。魚類具有懷卵量大、體外受精、體外發(fā)育等優(yōu)良特性，許多魚類具有雌雄生長的二態(tài)性，不少遺傳距離較近的魚類物種間可以形成雜交品系，這為其生物育種和種質創(chuàng)制提供了獨特的優(yōu)勢和便利。我國是世界上最早進行水產(chǎn)養(yǎng)殖的國家，2019年，日本學者通過研究公元前河南賈湖遺址中發(fā)現(xiàn)的魚骨，發(fā)現(xiàn)鯉的咽喉齒具有養(yǎng)殖的特征，由此推斷早在8 000年前的新石器時代，中國就開始了鯉的人工養(yǎng)殖[5]。約公元前460年，范蠡撰寫了世界上第一部水產(chǎn)養(yǎng)殖專著《養(yǎng)魚經(jīng)》，記載和描述了在池塘中投放性成熟的雌雄鯉親魚配對、魚苗繁育和成魚養(yǎng)成的過程。我國魚類選育的歷史可以追溯到晉朝（公元266—420年）對金色或紅色鯽突變體的選擇，此后1 000多年間經(jīng)無數(shù)金魚愛好者一代代的努力，育成了如今300多個金魚品種。20世紀50年代，我國突破了青魚（Mylopharyngodon piceus）、草魚（Ctenopharyngodon idella）、鰱（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aristichthys nobilis）“四大家魚”人工繁殖技術[6-8]，解決了制約魚類養(yǎng)殖苗種生產(chǎn)的瓶頸，掀開了我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的革命。生殖是魚類優(yōu)良品種培（選）育與擴群應用的前提，“四大家魚”人工繁殖的成功極大地促進了我國魚類遺傳育種的發(fā)展，隨著現(xiàn)代遺傳育種理論與生物技術的創(chuàng)新發(fā)展，我國已經(jīng)在養(yǎng)殖魚類中建立了選擇育種、雜交育種、多倍體育種、性控育種、基因轉移育種等技術，開展了魚類基因編輯育種和全基因組選擇育種實踐，并在魚類生殖干細胞和生殖開關等前沿育種技術方面進行了嘗試。利用這些技術創(chuàng)制出養(yǎng)殖魚類新種質，培育出具有優(yōu)良性狀的養(yǎng)殖魚類新品系和新品種，驅動和支撐著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的高質量發(fā)展。

1 魚類選擇育種和雜交育種

經(jīng)典的選擇育種是指從野生或已有的品種中根據(jù)表型特征進行多個世代的篩選，直至獲得具有穩(wěn)定優(yōu)良性狀的群體。雖然觀賞魚的選育開始較早，但我國對養(yǎng)殖魚類的選育直到攻克“四大家魚”的全人工繁殖技術之后的20世紀70年代才真正起步。1972年，中國科學院水生生物研究所成立了我國首個從事魚類遺傳育種的研究室。隨著群體選育和家系選育的廣泛應用，我國魚類遺傳育種取得了豐碩的成果。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）公告，1996—2022年審定的266個水產(chǎn)新品種中有152個選育新品種，包括魚類、蝦蟹、貝類和藻類等，這些新品種在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)揮了重要作用。但是，由于許多養(yǎng)殖魚類性成熟周期長，傳統(tǒng)的選育需要至少4代的大樣本選擇，因此養(yǎng)殖魚類新品種培育周期通常較為漫長和困難。以我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要對象“四大家魚”為例，青魚、草魚、鰱、鳙的年產(chǎn)量超過1 340萬t，約占我國魚類養(yǎng)殖總產(chǎn)量的48%。但是，目前僅有2010年審定的長豐鰱、津鰱2個鰱新品種，以及2022年審定的首個鳙新品種‘中科佳鳙1號’。草魚和青魚都沒有新品種?！八拇蠹音~”的性成熟時間通常需要4～5年，新品種培育至少需要4代選育，再加上小試、中試和品種審定，理論上新品種育成的時間至少需要24年左右。以‘中科佳鳙1號’為例，中國科學院水生生物研究所歷經(jīng)近30年，對鳙的生長速度和頭部大小等主要性狀開展了長期的群體選育，并經(jīng)雌核發(fā)育、遺傳標記輔助等手段，才選育出鳙的首個新品種。

雜交育種是指選擇遺傳背景不同的父母本，通過有性雜交的方式形成具有雜種優(yōu)勢的群體，將父母本的優(yōu)良性狀進行整合的育種方法。雜交育種是被廣泛采用的魚類育種手段之一。根據(jù)親本的親緣關系遠近，雜交育種分為近緣雜交（種內雜交）和遠緣雜交（種間雜交）[8]。近緣雜交育種中，最為成功的當屬鯉（Cyprinus carpio）的種內雜交。國內外學者先后育成了數(shù)十個鯉的優(yōu)良品系，其中中國學者育成了‘豐鯉’‘建鯉’‘荷元鯉’‘松荷鯉’等30多個新品種。魚類遠緣雜交是親緣關系屬于不同種的個體之間進行的交配。我國魚類遠緣雜交試驗主要涉及到鯉形目、鱸形目和鲇形目3個目7個科的40多種魚類，雜交組合100多個[9]。其中，大多數(shù)遠緣雜交在不同鯉科魚之間進行，鯉鯽屬間雜交是最突出的代表。湖南師范大學利用鯉科魚開展了系統(tǒng)深入的研究，取得了魚類遠緣雜交基礎理論探索和育種技術的重要突破，發(fā)現(xiàn)父母本的染色體數(shù)目是決定魚類遠緣雜交育種成功與否的關鍵因素[10]，建立了魚類遠緣雜交技術體系[11]，先后育成‘合方鯽1號’和‘合方鯽2號’等新品種。進一步研究發(fā)現(xiàn)，與父母本比較，遠緣雜交形成的雜交魚品系發(fā)生了來源于不同親本的直系同源染色體之間的基因重組，重組導致DNA修復、非同源末端連接和轉座子活性等產(chǎn)生了嵌合基因，嵌合基因分布于細胞周期調控、DNA損傷修復等信號通路，伴隨異源基因組的融合，基因表達特征出現(xiàn)顯著變化[12-13]。

2 多倍體育種和性控育種

多倍體育種主要是指利用人工誘導或自然染色體加倍的方法，獲得整合有3套及以上染色體養(yǎng)殖魚類新品系的方法。三倍體魚通常表現(xiàn)出不育、生長快、出肉率高等特性，同時還可以避免雜交從而保護天然基因庫，因此多倍體育種技術也被廣泛應用于各種養(yǎng)殖魚類。通過物理或化學方法，比如靜水壓、熱休克、冷休克、秋水仙素處理等手段，抑制卵母細胞第一極體或第二極體的排出或受精卵的第一次卵裂，是誘導魚類多倍體形成的重要方式，如用靜水壓法分別獲得了三倍體水晶彩鯽[14]和半滑舌鰨[15]。此外，采用倍間雜交方式，利用四倍體鯉鯽為父本，分別與鯽或者鯉等二倍體魚進行雜交，培育出不育的三倍體新品種湘云鯽和湘云鯉[9]。

除了人工多倍體育種外，自然界還存在一些天然的多倍體物種。中國科學院水生生物研究所發(fā)現(xiàn)銀鯽（gibel carp,Carassius gibelio）具有天然的雌核生殖方式和異精效應，由此培育出全雌的異育銀鯽新品種[16]。進一步研究表明，多倍體銀鯽具有單性雌核生殖和有性生殖雙重生殖方式[17]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，銀鯽作為一種天然雌核生殖的雙三倍體，其自然生殖過程中可以通過抑制減數(shù)第一次分裂產(chǎn)生不減數(shù)的卵子，從而克服3個同源染色體不能正常配對和均等分離的生殖障礙[18]。在揭示銀鯽獨特的生殖機制基礎上，通過人工雌核生殖并與分子標記輔助等技術結合，中國科學院水生生物研究所先后培育出異育銀鯽、異育銀鯽‘中科3號’和‘中科5號’等系列新品種，呈現(xiàn)出優(yōu)良的養(yǎng)殖性狀，有力推動了我國鯽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[19]。

魚類攝入的營養(yǎng)物質和能量在性成熟前主要用于軀體生長，很多養(yǎng)殖魚類的性成熟年齡存在性別差異，其生長特性表現(xiàn)出明顯的性別二態(tài)性，有的魚如鯉和半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）等卵巢成熟晚，雌性個體比雄性個體大；有的魚如黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）和羅非魚（Tilapia mossambicaPeters）等則是雄性具有明顯的生長優(yōu)勢。因此，發(fā)掘魚類性別決定基因和性別特異分子標記，建立魚類性控育種技術，培育單性養(yǎng)殖新品種一直是魚類遺傳育種的重點[20-22]。目前已經(jīng)建立的魚類性控育種技術包括生殖內分泌調控、種間雜交控制、人工誘導雌核生殖、溫度控制、內分泌調控與性別分子標記輔助育種等，并且在基因工程等前沿技術控制魚類性別方面取得了重要進展[23]。利用性控育種技術，我國已經(jīng)培育出養(yǎng)殖效益顯著提升的黃顙魚‘全雄1號’、全雄羅非魚‘粵閩1號’、雜交鱧‘雄鱧1號’，以及全雌牙鲆‘北鲆1號’、全雌牙鲆‘北鲆2號’、虹鱒‘全雌1號’、全雌翹嘴鱖‘鼎鱖1號’和‘武農(nóng)1號’等單性養(yǎng)殖魚類新品種。

3 轉基因育種和基因編輯育種

魚類轉基因育種誕生在中國，它開啟了基于基因序列和分子遺傳學的魚類現(xiàn)代生物育種的大幕。轉基因育種是指通過現(xiàn)代分子生物學技術，將決定生物優(yōu)良性狀（如高產(chǎn)、優(yōu)質、抗病、抗逆等）的基因分離出來，導入并整合到受體魚的基因組中，從而提升原有性狀或賦予其全新性狀的一項定向育種技術。中國科學院水生生物研究所研制出世界首例轉基因魚[24]，并建立了轉基因魚研究的理論模型[25]，開創(chuàng)了轉基因魚育種研究新領域。目前，以提供優(yōu)質食品蛋白來源為目的，全球已誕生了30多種轉基因魚，這些轉基因魚包括了世界水產(chǎn)養(yǎng)殖的許多重要品種，如鯉、羅非、鲇類（Silurus asotusLinnaeus）及鮭 鱒 類（Salmo salarLinnacus）等，其目標性狀包括促生長、抗病、抗寒、抗低氧、提升營養(yǎng)品質等諸多方面[26]。中國科學院水生生物研究所培育出具有完全自主知識產(chǎn)權的轉全魚生長激素基因（growth hormone,gh）鯉——“冠鯉”家系。冠鯉比對照鯉的生長速度提升42%～115%，餌料轉化效率低17.1%～18.2%，具有顯著優(yōu)良的養(yǎng)殖性狀。按照國際食品安全和生態(tài)安全的評價規(guī)范，全面、系統(tǒng)、嚴格的科學研究表明，冠鯉與普通鯉具有同樣的食品安全性和生態(tài)安全性[27]。2015年底，轉gh大西洋鮭在美國獲得批準上市，成為全球首例獲準產(chǎn)業(yè)化應用的轉基因動物食品。2017年8月，轉gh大西洋鮭在加拿大首批售出 1萬磅（約 4 535 kg）。歷經(jīng)長達30余年的研發(fā)與嚴格安全性審核，轉基因魚才獲準產(chǎn)業(yè)化，嚴格的科學管理和安全性檢驗超過了其他任何一種食用產(chǎn)品。

與選擇育種等傳統(tǒng)的育種技術不同，轉基因技術還能實現(xiàn)“超越性狀”育種。比如，本團隊將僅存在于低等蠕蟲基因組的編碼脂肪酸Δ15和Δ12去飽和酶的基因fat1和fat2轉入斑馬魚基因組，使魚類首次獲得了從頭合成omega-3多不飽和脂肪酸的超越性狀[28]。在此基礎上，進一步培育出了與三文魚omega-3多不飽和脂肪酸含量相當?shù)膄at1轉基因黃河鯉——海優(yōu)鯉，海優(yōu)鯉還表現(xiàn)出抵御過度投喂導致的脂肪肝等優(yōu)良特性[29]。

基因編輯育種是指通過靶向核酸酶技術對內源基因組序列進行定點改造，從而達到改變和提升目標性狀的一種育種技術。近年來，各種靶向核酸酶介導的基因編輯技術在斑馬魚等魚類物種中得到飛速發(fā)展，如鋅指核酸酶（zinc finger nucleases，ZFNs）、轉錄激活因子樣效應物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases，TALEN）和 CRISPR（clustered regularly interspersed short palindromic repeats）/Cas9 技術等。相對于ZFNs和 TALENs而言，CRISPR/Cas9 系統(tǒng)組分較為簡單并可達到更高的效率，因而CRISPR/Cas9系統(tǒng)成為發(fā)展最快的基因編輯技術并且廣為所用。CRISPR/Cas9系統(tǒng)利用1個短的通常含有約20個堿基靶序列的向導RNA(gRNA)結合到它的DNA互補靶點，并介導Cas9核酸酶到此靶點切斷靶序列從而造成雙鏈斷裂（double-strand breaks，DSBs）。這些DSBs一般通過非同源末端連接方式（nonhomologous end-joining，NHEJ）或同源介導的DNA修復機制（homology-directed repair，HDR）進行修復，從而引入定點突變或定向堿基改變，以達到移除“有害”基因或增強“有益”基因的目的。近期，研究者又開發(fā)出更加精準的基因編輯手段，如堿基編輯器（base editor，BE）和導向編輯（prime editor，PE）[30-31]，可以實現(xiàn)單堿基或小片段的精確改變或置換，在基因編輯育種中表現(xiàn)出更加廣闊的應用前景。

中國科學院水生生物研究所等28家機構聯(lián)合完成了斑馬魚1號染色體全基因敲除計劃，首次實現(xiàn)了脊椎動物整條染色體的系統(tǒng)性基因敲除[32]。該計劃產(chǎn)生的所有突變模型全部保藏在國家水生生物種質資源庫國家斑馬魚資源中心，為我國提供了具有完全自主知識產(chǎn)權的大規(guī)模魚類遺傳育種模型庫。在重要養(yǎng)殖魚類基因編輯育種研究方面，目前已經(jīng)建立了黃顙魚[33]、虹鱒[34]、羅非[35]、斑點叉尾鮰[36]、黃鱔[37]、鯉[38]、半滑舌鰨[39]、鯽[40]、小體鱘[41]、泥鰍[42]等多種重要養(yǎng)殖魚類基因編輯技術，創(chuàng)制出高產(chǎn)、優(yōu)質、抗病、性控等養(yǎng)殖魚類優(yōu)良種質。最近，中國水產(chǎn)科學研究院黑龍江水產(chǎn)研究所和華中農(nóng)業(yè)大學以斑馬魚為模型，利用CRISPR/Cas9技術分別敲除斑馬魚的bmp6和runx2b基因，獲得了肌間刺顯著減少的斑馬魚突變體[43-44]，為利用基因編輯技術最終實現(xiàn)生長發(fā)育完全正常且無刺的養(yǎng)殖魚類育種邁出了可喜的第一步。

4 全基因組選擇育種

2001年，挪威學者提出了基于隨機群體的基因組選擇（genomic selection, GS）方法，該方法成功應用于畜禽等養(yǎng)殖動物的育種，對低遺傳力性狀選擇取得了良好的效果。魚類很多重要經(jīng)濟性狀由多個微效基因決定，針對基因組序列清晰的育種對象，在全基因組水平上對特定性狀具有重大貢獻的基因型或分子標記進行綜合選擇，將有可能獲得目標性狀更強的育種群體。國內外已經(jīng)完成了大西洋鮭（Salmo salar）[45]、半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）[46]、虹 鱒（Oncorhynchus mykiss）[47]、大黃魚（Larimichthys crocea）[48]、鯉[49]、草魚[50]、牙 鲆（Paralichthys olivaceus）[51]、小 體 鱘（Acipenser ruthenus）[52]、銀鯽[18]等養(yǎng)殖魚類的全基因組測序和序列圖譜繪制，越來越多的魚類重要經(jīng)濟性狀相關的功能基因得以發(fā)掘和解析。這使得全基因組選擇育種在越來越多的養(yǎng)殖魚類中成為可能[53]。而且，魚類體外受精和發(fā)育，懷卵量大，家系群體構建非常方便，有利于從大量樣本中進行全基因組分析和選擇，魚類全基因組選擇育種顯示出良好的發(fā)展前景[54-55]。

基因組選擇育種的前提之一是可以對全基因組標記基因型進行高通量測定。目前較為理想的基因型標記是單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotide polymorphism, SNP），利用全基因組的SNP位點可以估算個體的育種值，在某些全基因組獲得解析的養(yǎng)殖魚類中已開發(fā)出相應的SNP育種芯片。另一方面，對于那些尚無參考基因組序列的養(yǎng)殖對象，則可以開展諸如基于限制性酶切DNA測序（restriction site-associated DNA sequencing，RAD-seq）等簡化基因組測序分析。我國學者先后開發(fā)出鯉、牙鲆、大黃魚等養(yǎng)殖魚類育種芯片，用于生長或抗病相關性狀的育種實踐[55]。相對于基因組選擇育種在畜禽中的廣泛應用，其在魚類等水產(chǎn)動物中的應用仍然處于起步階段，其重要原因之一是由于水產(chǎn)動物生活在水體中，對其表型進行精確測量相對較為困難。因此，未來需要大力發(fā)展基于全息影像學、人工智能等高通量魚類表型性狀精準測量技術，建立表型數(shù)據(jù)庫，并研發(fā)適用于魚類的全基因組算法模型等。

5 生殖干祖細胞育種和生殖開關育種

干細胞是指在一定條件下具有無限自我更新和分化潛能的一類細胞，生殖干細胞則是成體性腺中具有自我更新能力和分化為成熟配子潛能的一類生殖細胞。依其存在于精巢或卵巢中的不同，生殖干細胞可分為精原干細胞或卵原干細胞。除了成體性腺中的生殖干細胞之外，魚類胚胎中還存在著一類生殖細胞的祖先細胞——原始生殖細胞。這些生殖干祖細胞（germline stem and progenitor cell，GSPC）為開展遺傳操作和高效育種提供了絕佳的靶細胞，這是因為，一方面GSPC是個體中唯一可以向子代傳遞遺傳信息的細胞類型，另一方面GSPC可以通過移植到同種或異種體內以改變自身的配子發(fā)生進程，實現(xiàn)“借腹生殖”。很多魚類的性成熟周期為幾年甚至十幾年，育種周期漫長，因此將育種周期長的魚類GSPC移植入育種周期短的魚類中實現(xiàn)借腹生殖，將有望從根本上加速育種周期。

原始生殖細胞在胚胎期即可以被方便地標記和分離，因此對于易于獲得胚胎的供體魚來說，是最為便捷的借腹生殖技術途徑。魚類原始生殖細胞移植借腹生殖首先在斑馬魚中實現(xiàn)[56]，后來日本學者又將熒光蛋白標記的虹鱒原始生殖細胞移植入山女鱒性腺原基，首次實現(xiàn)了魚類跨物種的借腹生殖[57]。精原干細胞可以通過解剖成魚或幼魚的精巢分離獲得，通常移植的窗口期更長，因此成為使用更廣的一種借腹生殖技術[58]。本團隊利用斑馬魚模型，優(yōu)化了基因編輯原始生殖細胞的誘導和移植體系，首次實現(xiàn)了魚類基因編輯配子的借腹生殖[59]；更進一步，以跨亞科物種的稀有鮈鯽和斑馬魚為對象，將基因編輯的稀有鮈鯽精原干細胞移植入斑馬魚幼魚性腺，利用斑馬魚首次產(chǎn)出了跨亞科物種來源的基因編輯魚類配子[60]。將基因編輯與GSPC移植借腹生殖技術相結合，是養(yǎng)殖魚類高效和定向育種亟待發(fā)展的重要生物育種技術[61]。

養(yǎng)殖魚類的生長速率、肉質等重要經(jīng)濟性狀與其性腺發(fā)育特性密切相關。如果控制了魚類的性腺發(fā)育，其攝取的食物將更有效地轉化為體細胞的發(fā)育。魚類性腺發(fā)育被抑制后，魚體的品質明顯提高，因此培育不育魚具有重要的應用前景。同時，不育魚的應用也有助于保護種業(yè)企業(yè)的知識產(chǎn)權，避免養(yǎng)殖戶盲目雜交、回交而導致養(yǎng)殖對象種質退化的問題。此外，轉gh大西洋鮭獲準產(chǎn)業(yè)化，取得了基因工程育種研究與開發(fā)應用的歷史性突破，迅猛發(fā)展的基因編輯技術已經(jīng)被越來越多地應用于養(yǎng)殖魚類優(yōu)良種質創(chuàng)制。但人們對遺傳改良養(yǎng)殖魚類新品種的擔憂是制約其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，從科學的角度而言，基因改良魚類的生態(tài)安全性與其繁殖特性密切相關，如果控制其育性，則逃逸或釋放到自然生態(tài)系統(tǒng)中的基因改良新品種不會形成優(yōu)勢種群而影響物質多樣性，更不會通過有性交配方式導致基因漂移影響遺傳多樣性[62]。本團隊提出了魚類生殖開關育種策略。以斑馬魚為模型，通過巧妙設計的靶向原始生殖細胞發(fā)育的誘導型Gal4/UAS元件系統(tǒng)，初步建立了兩系可育、子代不育的魚類育性可控的生殖開關模型[63]?；诳煽卦忌臣毎_關技術生產(chǎn)不育子代，是魚類精準育種的重要途徑之一[61]。進一步發(fā)掘重要養(yǎng)殖魚類生殖發(fā)育調控關鍵因子，揭示其調控網(wǎng)絡，在此基礎上與基因編輯、分子設計、干細胞和“借腹生殖”等技術結合創(chuàng)建生殖開關的關鍵技術，將從根本上提高養(yǎng)殖魚類的育種效率，實現(xiàn)養(yǎng)殖魚類新種質開發(fā)利用、遺傳改良新品種培育與產(chǎn)業(yè)化及其知識產(chǎn)權的有效保護。

6 魚類生物育種技術展望

養(yǎng)殖魚類的生物育種技術已歷經(jīng)選擇育種、雜交育種、多倍體育種、性控育種的成熟運用，培育出當前應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的眾多優(yōu)良養(yǎng)殖品種。在養(yǎng)殖魚類轉基因育種、基因編輯育種、全基因組選擇育種等生物育種技術的開發(fā)和應用方面，我國誕生了一批重要的高技術成果和優(yōu)異新種質。得益于模式魚類等研究，在生殖干祖細胞育種和生殖開關育種等魚類生物育種新技術的研發(fā)方面取得了一些重要的技術突破，亟待應用于養(yǎng)殖魚類的育種實踐。

我國海域遼闊，江河湖泊眾多，為眾多魚類提供了良好的繁衍空間和生存條件，為開展養(yǎng)殖魚類生物育種提供天然種質資源和基因庫。如何系統(tǒng)地保護好這些寶貴的種質資源和基因庫，是當前和未來魚類生物育種中需要首先考慮的問題。2019年，科學技術部和財政部聯(lián)合發(fā)文，設立了國家水生生物種質資源庫、國家海洋水產(chǎn)種質資源庫、國家淡水水產(chǎn)種質資源庫3個國家級種質資源平臺，為魚類等水生生物種質資源養(yǎng)護和科學利用提供了新的國家平臺。

我國科學家已經(jīng)完成了諸多養(yǎng)殖魚類的全基因序列圖譜繪制，并發(fā)起了萬種魚基因組計劃[64]，對重要養(yǎng)殖魚類的功能基因組進行系統(tǒng)解析，規(guī)?；l(fā)掘生殖、性別、生長、抗病、抗逆、營養(yǎng)等重要決定經(jīng)濟性狀的功能基因和調控模塊將成為下一步的研究重點。為了提升轉基因育種和基因編輯育種的精準性、特異性、適用性和安全性，亟待發(fā)展養(yǎng)殖魚類中精準高效的基因定點敲入技術以及堿基編輯器和先導編輯等精細編輯技術。針對全基因組選擇育種中養(yǎng)殖魚類表型精確測量的痛點和難點問題，迫切需要智能遙感、遠程控制、多維影像等多學科的交叉融合，以建立和完善水產(chǎn)動物的下一代高通量表型測定技術。

魚類具有豐富的性別決定和生殖方式，性腺發(fā)育和配子發(fā)生的高效和可控是魚類生物育種和繁育擴群的基礎和前提。未來需要加強魚類性腺發(fā)育和配子發(fā)生的基礎科學研究，解析魚類生殖細胞-性腺體細胞互作、GSPC-配子轉換、卵-胚轉換等關鍵生物學事件的分子機制，從根本上解決不同養(yǎng)殖魚類的繁育問題。在此基礎上，將GSPC-移植借腹生殖技術成功應用于繁殖周期漫長或繁殖困難的養(yǎng)殖魚類，將顯著縮短其育種周期，提升其育種效率；另一方面，由于供體GSPC分化為精子或卵子僅由受體魚所決定，因此有望利用GSPC移植借腹生殖技術產(chǎn)生僅含有單一性染色體的單性配子，從而開辟出性控育種的新途徑[65]。然而，如何建立源源不斷提供借腹生殖供體GSPC的“萬能供體”魚，培育免疫穩(wěn)態(tài)可控、性別定制的“萬能受體”魚，是魚類借腹生殖領域亟待攻克的重要技術難題。近期，本團隊取得了單因子誘導PGC高效移植的初步成功[59]，建立了體內擴增精原干細胞的突變體模型[66]，發(fā)現(xiàn)調節(jié)性T細胞在性腺發(fā)育和配子生維持免疫穩(wěn)態(tài)的重要作用[67]，為上述借腹生殖萬能魚技術的最終建立奠定了初步的基礎。最后，為了徹底解決生物育種新種質的生態(tài)安全風險問題，必需建立更為普適高效的魚類生殖開關技術。

總之，在未來的魚類生物育種研究和實踐中，需要重視基礎研究，大膽創(chuàng)新，果斷創(chuàng)制和利用各類變革性技術，并與已有的生物育種技術有機結合，從而創(chuàng)制出生殖高效、繁育可控、生長快速、營養(yǎng)高效、抗病抗逆的集各種優(yōu)異性狀于一體的養(yǎng)殖新品種。