2020年10月28日~30日 | 青岛·红岛国际会议展览中心 | 主办机构:中国国际贸易促进委员会农业行业分会 (农业农村部农业贸易促进中心) | 海外协办:美国海洋展览公司 Sea Fare Expositions, Inc.

蓝色基因:基因组的研究如何促进全球水产养殖发展

尽管仍有许多挑战需要克服,但基因组测序在水产养殖中的实际应用越来越广泛,而且随着成本的降低,它将越来越广泛地应用。

20年前,人类基因组计划(Human Genome Project)宣布已对人类基因组“工作草案”进行了测序。自从项目开始以来,基因组测序变得更快、更便宜,我们现在能够通过商业实验室对我们的单个基因组测序。但是,基因组测序是什么,它对水产养殖意味着什么?

背景
分子DNA通常被描述为包含“生命的基石”,其长的化学序列形成了控制我们生理许多方面的基因。我们的大多数基因在一个人和另一个人之间并没有什么不同,但是在这种一致性中,有一些微小的变异,导致了一些使我们独一无二的特征,比如眼睛的颜色。一个人的全部基因被称为基因组。简而言之,基因组测序是我们解读基因组中基因的一种方法。

建立一个基因组库,我们可以找到个体之间存在差异的地方,并揭示这些差异是如何影响特征的。我们也可以更好了解基因如何互相影响,甚至如何和环境相互作用,从而产生特征上的变化——比如温度如何影响鱼的大小。我们还可以比较一个物种和另一个物种的基因组,看看是同一个基因控制着相同的特征,还是相似的变异或突变导致了相似的结果。尽管目前遗传学在水产养殖中不如在陆地养殖中流行,但接受遗传学并不是什么新鲜事。传统的选择性育种方法依赖于我们观察个体的表型——其基因在环境中的表达方式。例如,如果我们看到一个个体长得特别大,我们可能想利用这个个体来繁殖更大的后代。事实上,遗传学是水产养殖者所感兴趣的各种特性的基础。

实际应用
一年前,位于法国CIRAD的Hugues de Verdal博士,发表了他的文章证明饲料效率是遗传改良养殖罗非鱼(GIFT)的一个可遗传特性。事实上,de Verdal用遗传学解释了罗非鱼大约30%的摄食效率,这不是一个小数目。因为这一特性是遗传的——由个体的基因驱动——所以有可能选择性地繁殖罗非鱼以提高饲养效率。

De Verdal是第一批确定水生物种饲料效率遗传基础的人。尽管他在这项研究中没有使用测序法,但De veldar认为,采用这种技术有很大的好处,即在精确度和预测能力方面。他解释说: “你将获得更多关于父母所给基因的信息,因此使用基因组技术来估计(某一性状的)遗传力和估计每条鱼的繁殖价值更为准确。” 有些时候很容易分辨基因的基础特点(性状)。

比如,服用抗冻蛋白基因,可以使一些种类的鱼在零度以下生存。实验性的抗冻蛋白基因从冬季比目鱼转移到受精的大西洋鲑鱼卵中是转基因鲑鱼研究早期阶段的一部分。然而,大多数水产养殖者所渴望的特性并不是来自单一的基因。De Verdal怀疑影响饲料效率来自其中一组基因。

他解释说:“我们非常确定,没有一种基因能在饲料效率的各个方面起主导作用,因为它可能来自很多不同的东西,比如营养物质的吸收,可能是胃肠道的大小和呼气。” “可能真的很复杂。”

基因组测序有助于解开这种复杂性。水产养殖的潜在应用有很多。例如,对于以单性种群为目标的孵化经营者来说,了解基因和环境如何在基因型水平而不是表型水平上相互作用可以精确地指导温度的选择,而温度对某些物种的性别有影响。对于育种家来说,先进的选择性育种技术可以有效和精确地培育出专为一系列农业条件培育的菌株。甚至有可能操纵控制疾病弹性等特性的基因。

一些研究人员甚至已经开始对病原体基因组进行测序,除其他外,这有助于确定传播途径,帮助改进疾病管理。对于那些使用野生亲鱼群的人来说,了解野生种群的基因组不仅有助于管理亲鱼群渔业,而且还可以确保你没有意外地发现一个看起来像你想要的物种,但实际上是另一个物种。这只是潜在应用的一个小样本,随着水生物种基因组研究变得越来越普遍,其数量将不断增加。

挑战
与任何技术应用一样,水生物种也存在挑战。正如澳大利亚詹姆斯库克大学的基尔·赞格教授所强调的,这包括在甲壳类动物和虾等动物身上发现的相对较高水平的多糖。多糖是一种复杂的化合物,用于防御机制和其他生物过程,但它们抑制测序,”Zenger解释说。事实上,对于大多数水产养殖物种来说,没有一个基础基因组序列可以让研究人员开始研究。Zenger和de Verdal都指出,建立任何物种的基础基因组序列都可能意味着对数千个个体的基因组进行测序。

另一个挑战涉及水生物种高度重复的基因组及其高突变率。当一个基因组被测序时,我们不会得到一个单一的、整齐有序的输出。基因组按小部分顺序排列,然后按正确的顺序重新组合起来。曾格解释说:“基因组越复杂,重复性越强,就越难重新组合起来,因为(测序)软件会变得混乱。”。

Zenger指出,基因组技术在水生物种上的应用仍处于发展的早期阶段,相信技术挑战和缺乏基线序列将得到克服。

对于急于开始在农场或孵化场直接使用基因组测序的水产养殖者来说,有一些坏消息。

“你不能买现成的技术,”曾格指出。此外,尽管测序的成本正在下降,研究应用更加容易获得,但目前对许多水产养殖者来说,测序成本仍然太高——除了与高价值物种合作的大型商业运营。

然而,这可能只是暂时的情况。目前的研究仍然是商业应用的基础,成本继续下降。常规的商业用途将会很快投入使用。