深度報(bào)告：水產(chǎn)養(yǎng)殖與漁業(yè)生物技術(shù)

一、報(bào)告摘要

通過(guò)基因編輯或者基因工程手段改造物種并驗(yàn)證其性狀變化已廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中，且部分成果已經(jīng)投入生產(chǎn)。

在水生生物中，尤其是魚(yú)類(lèi)中的這類(lèi)研究相對(duì)植物以及哺乳動(dòng)物較少，Dunham及其團(tuán)隊(duì)以鯰魚(yú)及鯉魚(yú)為研究對(duì)象，進(jìn)行了多方向、大跨度的基因編輯和基因工程研究，針對(duì)不同的有實(shí)踐意義的目標(biāo)，取得了豐富的成果。

二、 魚(yú)類(lèi)中基因工程研究歷史

自從1981年第一只基因改造小鼠誕生以來(lái)，基因工程在魚(yú)類(lèi)中的應(yīng)用也隨之成為熱點(diǎn)。 中國(guó)科學(xué)家朱作言帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了世界首例基因工程改造魚(yú)類(lèi)的實(shí)驗(yàn)，將人類(lèi)的生長(zhǎng)因子基因成功轉(zhuǎn)入到金魚(yú)的基因組中。隨后，日本和法國(guó)科學(xué)家也成功利用基因工程技術(shù)改造了青鳉和虹鱒魚(yú)的基因組。美國(guó)首例的基因工程改造魚(yú)類(lèi)——斑點(diǎn)叉尾鮰，在Auburn大學(xué)的遺傳研究中心由Dunham負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)改造完成，他們將人類(lèi)生長(zhǎng)因子基因轉(zhuǎn)入到斑點(diǎn)叉尾鮰中，取得了重大的成功。

與野生型魚(yú)類(lèi)相比，基因改造魚(yú)的生長(zhǎng)速率提升了40%，有的個(gè)體甚至達(dá)到十倍。雖然在三文魚(yú)中轉(zhuǎn)入的抗凍蛋白基因并不能有效地提高三文魚(yú)在極低溫度下的存活率，但是當(dāng)該基因改造應(yīng)用于金魚(yú)中時(shí)，金魚(yú)的抗凍能力大大提高。其他的成功案例包括，在斑馬魚(yú)轉(zhuǎn)入多色熒光蛋白基因并成功創(chuàng)造了商業(yè)化斑馬魚(yú)品系。在多種魚(yú)類(lèi)中，通過(guò)基因改造手段來(lái)增強(qiáng)其抗病性也取得了顯著效果。同時(shí)基因改造魚(yú)也可作為“生物工廠”制造醫(yī)用蛋白。

三、Dunham團(tuán)隊(duì)近期的成果

Dunham教授介紹了其團(tuán)隊(duì)近期利用基因工程改造、基因編輯等技術(shù)，在鯰魚(yú)快速生長(zhǎng)、抗病、人工可控絕育、營(yíng)養(yǎng)及肉質(zhì)改善等方面取得的進(jìn)展。

通過(guò)基因工程手段過(guò)表達(dá)斑點(diǎn)叉尾鮰生長(zhǎng)因子基因，成功的使改造型斑點(diǎn)叉尾鮰的生長(zhǎng)速率相對(duì)野生型提高了百分之一百到三百。同時(shí)，通過(guò)基因編輯手段，利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)作為工具，敲除斑點(diǎn)叉尾鮰全部?jī)蓚€(gè)拷貝的Myostatin（一種重要的生長(zhǎng)差異因子）基因，大幅提高了被編輯魚(yú)類(lèi)的肌肉干重和總體重。

利用基因工程改造，轉(zhuǎn)入了preprocecropin B或者cecropin B基因的鯰魚(yú)，在F.columnare和E. ictaluri侵染挑戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中，存活率相比野生型均取得了大幅提高。

利用RNA干擾技術(shù)，干擾胚胎發(fā)育時(shí)期原生殖細(xì)胞的遷移，能夠?qū)е卖~(yú)類(lèi)的配子腺不發(fā)育。通過(guò)基因工程以及基因編輯手段，可以在RNA干擾元件序列之前添加“開(kāi)關(guān)”式的啟動(dòng)子，該類(lèi)‘開(kāi)關(guān)’受實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中人工添加化合物的控制，可以是RNA干擾起始或者停止，達(dá)到人工控制鯰魚(yú)配子腺發(fā)育的目的。

鯰魚(yú)中脂肪酸表達(dá)量相對(duì)偏低，人工導(dǎo)入或者原位過(guò)表達(dá)鯰魚(yú)中的Omega3與Omega5脂肪酸，不但成功的提高了鯰魚(yú)肉的營(yíng)養(yǎng)含量，更是改善了其肉質(zhì)。

四、未來(lái)展望

經(jīng)過(guò)25年的FDA審查，由AquaBounty公司開(kāi)發(fā)的基因工程改造魚(yú)——Aquadvatage Salmon于2015年成功獲得批準(zhǔn)，在北美進(jìn)入市場(chǎng)。該品系的三文魚(yú)生長(zhǎng)到市場(chǎng)大小的周期相比野生型縮短了一半以上，同時(shí)有著更高的喂食轉(zhuǎn)化率（FCR），大幅降低了生產(chǎn)、養(yǎng)殖成本。在未來(lái)，因其多方面的性狀優(yōu)勢(shì)，高效的育種方式，更多的基因工程、基因編輯魚(yú)類(lèi)品系會(huì)給我們的水產(chǎn)、水族市場(chǎng)帶來(lái)更多的選擇。

來(lái)源：青島華大（作者：王大志、Rex A Dunha）