原創(chuàng)“異育銀鯽”，創(chuàng)造世界奇跡！

1994年，一篇聳人聽聞的文章在美國引起軒然大波。

文章認為，隨著人口增加和消費結(jié)構(gòu)變化，以及城市化和工業(yè)化的推進，中國2030年糧食供應(yīng)將比1994年減少20%，面臨巨大的糧食缺口，到時候全世界都養(yǎng)活不了中國，會導(dǎo)致全球糧食危機。

這篇對中國充滿悲觀情緒和偏見的文章長達141頁，標題為“誰來養(yǎng)活中國”。1995年，文章作者萊斯特·布朗又出版了《誰來養(yǎng)活中國》一書，再次引發(fā)國際社會關(guān)注。

“中國廣袤的土地、水系怎么會養(yǎng)不活中國人？！”一位正在美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校訪問的中國年輕人也關(guān)注到了相關(guān)論述。他認為布朗的論斷完全是一種不負責(zé)任的想當(dāng)然。這位年輕人名叫桂建芳，當(dāng)時是中國科學(xué)院水生生物研究所（以下簡稱水生所）的副研究員。

“中國雖然人口眾多，但我們在食物生產(chǎn)上既有傳統(tǒng)的智慧傳承，也有大量的科技創(chuàng)新。以淡水魚為例，美國幾乎沒有淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖的概念，在布朗的計算里，能夠提供大量蛋白質(zhì)的水產(chǎn)品被完全忽視了?！惫鸾ǚ枷露Q心，回國后要更積極地投身淡水魚遺傳育種研究，為中國人提供更充足的淡水魚食物。

獨辟育種蹊徑

鯽魚肉質(zhì)鮮美、營養(yǎng)豐富，自古以來就是中國人的滋補佳品。但野生鯽魚生長慢、產(chǎn)量低，平均一年長不到0.1公斤。上世紀70年代，水生所研究員蔣一珪目睹了很多病人、產(chǎn)婦憑“特供魚票”卻買不到鯽魚的狀況。

能否進行鯽魚雜交試驗，培育出生長速度快、繁殖能力強、產(chǎn)量高的鯽魚，滿足人民群眾的食用需要？在中國科學(xué)院以及水生所大力支持下，蔣一珪率領(lǐng)鯽魚研究組科研人員，于1976年跑遍長江南北，風(fēng)餐露宿，悉心研究，系統(tǒng)調(diào)查了我國鯽魚的資源狀況，查閱了大量的國內(nèi)外文獻資料，開展了不同組合的鯽魚交配繁育試驗。一個培育鯽魚新品種的構(gòu)想醞釀成熟了。

他們研究發(fā)現(xiàn)，黑龍江省方正縣的銀鯽具有單性雌核生殖的特性，于是發(fā)展出用鯉等異源精子誘導(dǎo)其生殖的方式，通過利用江西省興國紅鯉雄魚與之“婚配”，獨辟蹊徑，培育出“異育銀鯽”。

高體形異育銀鯽

普通鯽魚繁衍后代，都是卵子受精后，精子在卵質(zhì)中形成精原核，由精原核和卵原核相互融合，發(fā)育成小魚。銀鯽的卵也需要“受精”，但它不和紅鯉的精核融合，只需要精子進行刺激，卵核即可自行發(fā)育成后代，而且全都是雌性。

這種獨特的“異精雌核生殖”方式，由中國科學(xué)院的科學(xué)家在我國首先發(fā)現(xiàn)、闡明，并將其應(yīng)用于魚類遺傳育種研究。作為早期開拓者的蔣一珪深刻認識到，銀鯽雌核生殖方式的發(fā)現(xiàn)、應(yīng)用潛力的開發(fā)，是一項前無古人的研究，不是一代人能夠完成的。他開始留心有志于此并具有培養(yǎng)潛質(zhì)的年輕人。

1984年，在武漢大學(xué)攻讀研究生的桂建芳，按規(guī)定參加畢業(yè)論文答辯。他的導(dǎo)師余先覺、周暾兩位教授特意邀請已在銀鯽育種方面取得突破性成就的蔣一珪任答辯委員。聽完桂建芳的答辯，蔣一珪如獲至寶，力邀這個質(zhì)樸的年輕人加入水生所從事銀鯽研究。

在傳統(tǒng)認識里，鯽魚生長速度慢、長不大、產(chǎn)量小，漁民養(yǎng)殖積極性不高。

為了擴大試驗和推廣范圍，研究人員北至黑龍江、南至廣東、西至四川、東至福建，馬不停蹄地在各地奔走。由于異育銀鯽食性廣、疾病少，具有生長優(yōu)勢，很快就被養(yǎng)殖單位和養(yǎng)殖戶當(dāng)成“聚寶盆”，被群眾譽為“鯽魚之冠”。

1986年，武漢市洪山區(qū)采取混養(yǎng)、放養(yǎng)等方式養(yǎng)殖異育銀鯽，在不影響其他魚類養(yǎng)殖、不另投餌施肥的情況下，異育銀鯽產(chǎn)量達16萬公斤，凈增收50萬元。在廣東養(yǎng)殖的異育銀鯽，18個月長到1.25公斤。

到上世紀90年代，異育銀鯽已在23個省份、100多萬畝養(yǎng)殖水面安家落戶。這項投入僅6萬元的科研成果，轉(zhuǎn)化應(yīng)用后創(chuàng)造的年增收產(chǎn)值超過1億元。

異育銀鯽的生產(chǎn)應(yīng)用和雌核生殖理論研究不僅在國內(nèi)是首創(chuàng)，在世界上也是首創(chuàng)，受到國內(nèi)外魚類學(xué)家的高度關(guān)注和認可。

創(chuàng)造生命奇跡

1991年，中國科學(xué)院青年科學(xué)家獎獎勵名單中，出現(xiàn)了桂建芳的名字。按當(dāng)時的規(guī)定，獲得這一獎項就有出國深造的機會。桂建芳決定前往美國尋求有更深厚理論基礎(chǔ)、更精準研究手段的魚類育種前沿知識和技術(shù)。在那里，他偶遇昔日在武漢大學(xué)的同學(xué)付向東，并加入他剛建立的實驗室。

兩年時間，桂建芳與付向東在《自然》、美國《國家科學(xué)院院刊》發(fā)表了兩篇論文，掌握了細胞生物學(xué)和發(fā)育遺傳學(xué)的系統(tǒng)知識和研究技能。當(dāng)他準備回國時，同行勸他：“你為什么不留在這里？美國才最有條件讓你成為大科學(xué)家。”他說：“我要回到祖國，那里有一項我必須完成并且有重要研發(fā)潛力的工作！”

1994年夏，桂建芳從美國歸來，回到水生所，正趕上國家自然科學(xué)基金委員會啟動國家杰出青年科學(xué)基金項目。經(jīng)過申報和答辯，他獲得首屆國家杰出青年科學(xué)基金項目資助。在水生所支持下，他組建了魚類細胞工程與發(fā)育遺傳學(xué)科組。從此，他全身心投入銀鯽的進一步深入研究中。此后的30年里，他帶領(lǐng)團隊在全國大江、大河、大湖50多個樣點調(diào)研，取樣近5000條，用分子遺傳標記進行鑒定和評價。他們研究發(fā)現(xiàn)，銀鯽的生殖方式異常靈活多樣，完全可以基于此前以異精雌核生殖方式創(chuàng)制的異育銀鯽材料，通過揭示和引入雄核生殖等不同類型的多重生殖方式，開辟新的育種技術(shù)路徑，培育出品質(zhì)更優(yōu)的鯽魚新品種。

多少個不眠之夜，研究人員在親魚塘拖網(wǎng)，給魚催情、人工授精、人工脫黏，在孵化環(huán)道旁，像護士一樣精心觀察、護理銀鯽繁殖并進行分析研究。一顆顆珍珠般的受精卵，隨著孵化環(huán)道的流水晝夜旋轉(zhuǎn)、翻滾，終于孕育出新的生命——異育銀鯽“中科3號”。

異育銀鯽“中科3號”

2013年，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項啟動“分子模塊設(shè)計育種創(chuàng)新體系”項目，試圖利用“分子模塊”等現(xiàn)代生物技術(shù)，創(chuàng)建培育新一代超級品種的系統(tǒng)解決方案和育種新技術(shù)，為保障我國糧食安全提供核心戰(zhàn)略支撐，對傳統(tǒng)育種技術(shù)進行顛覆性革命。

基于異精雌核生殖新技術(shù)，中國科學(xué)院研究團隊鑒定出對優(yōu)良品質(zhì)起到關(guān)鍵作用的武昌魚分子模塊，并利用這些分子模塊篩選鑒定繁育親本。最終，由單性生殖和分子模塊相結(jié)合培育的異育銀鯽新品種“中科5號”誕生。

剛出膜的“中科5號”幼魚

目前，在我國鯽魚養(yǎng)殖中，“中科3號”和“中科5號”占鯽魚主養(yǎng)區(qū)產(chǎn)量的70%左右。這意味著中國人食用的每10條鯽魚中，就有7條源自中國科學(xué)院的研究團隊。

異育銀鯽“中科5號”

30年來，異育銀鯽培育、天然雌核生殖機理及其生殖奧秘遺傳基礎(chǔ)的破解等成果先后獲得一項國家科技進步獎二等獎（1985年）、兩項國家自然科學(xué)獎二等獎（1995年和2011年）。

在異育銀鯽“中科3號”新品種培育成功后，適逢原農(nóng)業(yè)部啟動大宗淡水魚產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)。在體系崗位專家和體系站長支持下，中國科學(xué)院的科學(xué)家將“中科3號”等新品種贈送給湖北、廣東、江蘇等地的苗種繁殖場，還上門進行苗種繁育技術(shù)指導(dǎo)。以桂建芳為例，他每年奔赴全國各地開展養(yǎng)殖技術(shù)培訓(xùn)超百場，培訓(xùn)漁民5000多人次。

研究團隊還在全國大規(guī)模推廣異育銀鯽系列品種，加快鯽魚產(chǎn)業(yè)發(fā)展——我國的鯽魚產(chǎn)量從1983年的4.8萬噸增至2022年的285萬噸。

在眾多水產(chǎn)領(lǐng)域科學(xué)家的共同努力下、在市場的證明下，人們逐漸意識到，水產(chǎn)養(yǎng)殖能夠帶來巨大的經(jīng)濟效益，極大滿足人們的營養(yǎng)需要。目前，中國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量約占全世界的60%，為中國消費者提供了近1/3的動物蛋白，是中國人重要的食物來源。

2008年，萊斯特·布朗到中國進行實地考察，看到了與他當(dāng)年的預(yù)測完全不一樣的局面。中國人不僅糧食連續(xù)大豐收，解決了填飽肚子的問題，淡水養(yǎng)殖也蓬勃發(fā)展，極大填補了人們對動物蛋白的攝入需求。

萊斯特·布朗不禁感嘆中國的淡水養(yǎng)殖做得好，認為水產(chǎn)養(yǎng)殖作為最有效率的動物蛋白生產(chǎn)方式，為保障中國和世界的食物安全作出了重要貢獻。

事實勝于雄辯，時間自會證明。從“誰來養(yǎng)活中國”的質(zhì)疑到“中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對世界是一個重大貢獻”的贊嘆，中國人用了十幾年時間，推翻了某些西方專家的謬論。這其中凝聚著我國經(jīng)濟政策制定者的魄力與智慧，凝聚著廣大農(nóng)民、漁民的勤奮耕耘、吃苦耐勞，也凝聚著糧食作物、家禽畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域科學(xué)家的心血和努力。

2022年6月，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織發(fā)布的《世界漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖狀況》研究報告提出，要努力實現(xiàn)藍色轉(zhuǎn)型，通過藍色轉(zhuǎn)型助力實現(xiàn)2030年可持續(xù)發(fā)展議程，在解決糧食安全問題的同時保護自然資源。這意味著中國水產(chǎn)養(yǎng)殖經(jīng)驗在世界范圍內(nèi)得到倡導(dǎo)和推廣。

敲盡肌間小刺

近兩年，中國科學(xué)院的科學(xué)家致力于解決一個制約鯽魚推廣的“老大難”問題——肌間小刺多。一直以來，很多老人、兒童因為“怕刺”而不愛吃鯽魚，一些西方國家的民眾更是因此不吃所有的淡水魚。

能否通過基因編輯技術(shù)，從根本上敲除鯽魚等淡水魚類的肌間刺呢？2021年，桂建芳團隊與已鑒定出調(diào)控肌間刺發(fā)育主效基因的華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授高澤霞團隊合作，試圖創(chuàng)制無肌間刺異育銀鯽。得益于雙三倍體的揭示，桂建芳團隊在銀鯽中很快鑒定出相應(yīng)的兩個部分同源基因，追蹤了銀鯽肌間刺發(fā)生與骨化過程。

研究人員發(fā)現(xiàn)，如果僅敲除一個部分同源基因，肌間刺發(fā)育未受影響；只有同時敲除兩個部分同源基因及其6個等位基因，才能創(chuàng)制完全缺失肌間刺的銀鯽突變體，即完全沒有小刺的異育銀鯽。這些突變體已繁育了好幾代，為培育無肌間刺異育銀鯽新品系奠定了基礎(chǔ)?？粗@些被敲盡肌間刺的“新銀鯽”在水中靈動游弋，桂建芳露出了欣慰的笑容。

“基因編輯就像修改文章，剪輯控制銀鯽肌間刺生長的主效基因的一兩個堿基，讓它不發(fā)揮作用，刺就長不出來了。”桂建芳說，“瞄準這樣一個令食用者厭煩的性狀，我們的育種目標更加精準、更加定向、更為有效，這是一次質(zhì)的提升?！?/span>

做好銀鯽大文章

小小一條銀鯽，為什么能做這么多的“文章”？

水生所研究員王忠衛(wèi)介紹：“銀鯽之所以多能，是因為它具有獨特的雙三倍體遺傳基礎(chǔ)，這使它成為一座發(fā)掘不盡的‘寶庫’。我們不斷發(fā)現(xiàn)它的進化機制，就可以不斷開拓育種技術(shù)路徑，不斷創(chuàng)造生命奇跡，滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖需求?！?/span>

2012年，水生所團隊發(fā)現(xiàn)雙四倍體銀鯽，并發(fā)現(xiàn)倍性變化可以驅(qū)動銀鯽由單性雌核生殖向兩性有性生殖、由有性向單性生殖方式轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致克隆多樣性和遺傳多樣性產(chǎn)生的演化機制，開拓出多基因組重構(gòu)合成雌核生殖異源多倍體的技術(shù)路徑，有望培育出“中科6號”新品系。該新品系生長速度更快，抗病能力更強。

異育銀鯽“中科6號”候選品系

水生所副研究員魯蒙介紹，2023年，在桂建芳的帶領(lǐng)下，團隊進一步在合成的新雙三倍體銀鯽中，基于“無減數(shù)融合”生殖發(fā)現(xiàn)，發(fā)展了一條高效創(chuàng)造不育異源多倍體的技術(shù)路線，未來有望將它轉(zhuǎn)化成“育性可控”的銀鯽精準育種路線。

“從應(yīng)用前景上看，這一技術(shù)有助于非常高效地創(chuàng)制新種質(zhì)，使新品種生長速度更快、抗病能力更強，更加適應(yīng)大面積養(yǎng)殖需要?！彼硎?。

不育異源多倍體銀鯽 水生所供圖

新中國成立初期，中國人每人平均一年才能吃上一斤水產(chǎn)品，而今天平均每人每周就可以吃上近兩斤。養(yǎng)殖模式的重大轉(zhuǎn)變，向世界貢獻了水產(chǎn)養(yǎng)殖的中國智慧。中國的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)已經(jīng)走出國門，在非洲、東南亞、中東等地區(qū)成功應(yīng)用。

在這個過程中，為了培育異育銀鯽，讓每個中國人都吃得上鮮美的鯽魚，從蔣一珪到桂建芳再到王忠衛(wèi)、魯蒙等水生所三代科學(xué)家付出了數(shù)十年的努力。

“前輩科學(xué)家經(jīng)常教育我們，做水產(chǎn)育種的，一定要把論文真正寫到祖國的大江大河和魚池里，真正解決中國水產(chǎn)種業(yè)的一些實際問題。”魯蒙說。

如今，和銀鯽打了近40年交道的桂建芳欣喜地看到，新一代年輕人正茁壯成長為科技創(chuàng)新的中堅力量。他堅信，在一代代研究人員的共同努力下，中國將培育更多優(yōu)質(zhì)品種，水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)也將推廣到更多地方，給更多人送去“口?！?。

來源：《中國科學(xué)報》，記者 李思輝

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