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瞭望丨吃蝦自由的育種突圍
訪問數(shù)量：5117發(fā)布時(shí)間：2024-01-11
◇海洋所相建海、李富花團(tuán)隊(duì)破譯全球首個(gè)高質(zhì)量南美白對(duì)蝦基因組圖譜，不但推動(dòng)我國對(duì)蝦育種升級(jí)到全基因組選擇育種新階段，而且助推世界對(duì)蝦育種進(jìn)入精準(zhǔn)快車道◇種業(yè)創(chuàng)新投資大、耗時(shí)長、公益性強(qiáng)，靠任何一家科研單位或企業(yè)單打獨(dú)斗無法完成，培育更多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)質(zhì)種蝦，需深度整合產(chǎn)學(xué)研用資源，著重發(fā)揮企業(yè)主導(dǎo)作用
內(nèi)蒙古烏海市海南區(qū)巴音陶亥鎮(zhèn)的鹽堿水對(duì)蝦養(yǎng)殖園區(qū)工作人員展示養(yǎng)殖的對(duì)蝦（2022 年 8 月 25 日攝） 劉磊攝 /本刊
從昔日的昂貴海鮮到如今餐桌上的常見美食，二十多年來我國對(duì)蝦育種產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了從無到有，如今正加快形成世界級(jí)對(duì)蝦繁育、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。對(duì)蝦養(yǎng)殖業(yè)是我國乃至世界海水養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)，其中南美白對(duì)蝦經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高、養(yǎng)殖產(chǎn)量第一。全球南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖年產(chǎn)量650多萬噸，中國產(chǎn)量最高。據(jù)《2023中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》，2022年我國南美白對(duì)蝦總產(chǎn)量約210萬噸，約占全球南美白對(duì)蝦產(chǎn)量的三分之一，亦超過我國各種蝦類總養(yǎng)殖量的三分之一。盡管我國對(duì)蝦養(yǎng)殖規(guī)模全球領(lǐng)先，但對(duì)蝦種源一度受制于人。我國南美白對(duì)蝦育種起步于本世紀(jì)初，由于育種難度大，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)口種蝦占比超過80%。為扭轉(zhuǎn)種源對(duì)外過度依賴，20余年來，在國家863計(jì)劃、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等支持下，科研人員圍繞南美白對(duì)蝦開展了基因組學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)等基礎(chǔ)研究，不斷實(shí)現(xiàn)育種零的突破。從2002年至今，我國培育出“科海1號(hào)”“中興1號(hào)”等12個(gè)南美白對(duì)蝦品種，基本實(shí)現(xiàn)種源自主可控，還培育出“黃海1號(hào)”等6個(gè)中國對(duì)蝦品種，支撐起老百姓的吃蝦自由。當(dāng)前，以破譯全球首個(gè)高質(zhì)量南美白對(duì)蝦基因組圖譜為標(biāo)志，中國的對(duì)蝦育種自主創(chuàng)新按下了快進(jìn)鍵，預(yù)計(jì)幾年后就會(huì)有用分子育種技術(shù)培育的對(duì)蝦新品種上市，進(jìn)一步強(qiáng)化我國向海洋要食物的能力。
幾經(jīng)波折換來吃蝦自由
我國對(duì)蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了從捕撈天然蝦苗養(yǎng)殖，到實(shí)現(xiàn)本土蝦——中國對(duì)蝦工廠化育苗、養(yǎng)殖，再到引入南美白對(duì)蝦開展自主育種的過程。上世紀(jì)80年代，中國科學(xué)院院士劉瑞玉、中國工程院院士趙法箴等科研人員通過摸清中國對(duì)蝦的產(chǎn)卵習(xí)性和生活史，攻克了中國對(duì)蝦人工育苗難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蝦工廠化育苗，從根本上改變了對(duì)蝦養(yǎng)殖主要依靠捕撈天然蝦苗的局面，敲開了對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化的大門。上世紀(jì)90年代初期，我國人工培育對(duì)蝦苗種數(shù)量連續(xù)多年居世界首位。其中，中國對(duì)蝦的養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國對(duì)蝦養(yǎng)殖總產(chǎn)量的70%以上。當(dāng)時(shí)，育苗問題雖解決，但新品種培育尚未實(shí)現(xiàn)，更缺少基礎(chǔ)研究支持，人工養(yǎng)殖對(duì)蝦很難具備抗病性等優(yōu)良性狀。1993年，白斑綜合征病毒暴發(fā)給全世界蝦類帶來巨大災(zāi)難，也給初生的中國對(duì)蝦產(chǎn)業(yè)當(dāng)頭一棒。產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需性狀優(yōu)良的新品種。自1997年起，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所（下稱黃海所）科研人員通過外觀表型挑選出性狀優(yōu)良的對(duì)蝦進(jìn)行遺傳育種，經(jīng)過6年選育出了具有生長速度快、抗逆性強(qiáng)及遺傳結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)的中國對(duì)蝦新品種“黃海1號(hào)”。2003年，“黃海1號(hào)”通過全國水產(chǎn)原種和良種審定委員會(huì)審定，成為我國第一個(gè)經(jīng)“國審”的海水養(yǎng)殖動(dòng)物新品種。隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)蝦供不應(yīng)求，但中國對(duì)蝦產(chǎn)量已觸及“天花板”。科研人員在繼續(xù)培育本土對(duì)蝦新品種同時(shí)，引進(jìn)全球主流對(duì)蝦品種——南美白對(duì)蝦，開展新品種選育工作，開辟了對(duì)蝦品種創(chuàng)制的新路徑。
2002年，中國科學(xué)院海洋研究所（下稱海洋所）研究員相建海課題組以生長速度為主要指標(biāo)，在海南開展南美白對(duì)蝦選育工作。他們發(fā)明了“養(yǎng)殖對(duì)蝦階段式種群選育方法”和“養(yǎng)殖對(duì)蝦家系的建立和良種選育方法”，最終培育出“科海1號(hào)”。2010年，“科海1號(hào)”成為第一批通過“國審”的南美白對(duì)蝦新品種。同一時(shí)期國內(nèi)還相繼選育出“中興1號(hào)”“廣泰1號(hào)”“壬海1號(hào)”“興海1號(hào)”等多個(gè)南美白對(duì)蝦新品種，但大部分種蝦依然依賴進(jìn)口。2016年，國外一家頭部企業(yè)一度斷供種蝦，僅提供蝦苗，敲響了我國加快實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦種業(yè)自立自強(qiáng)的警鐘。為加快育種進(jìn)程，科研人員完善群體選育、家系選育方法，通過群體選育挑選出多個(gè)性狀優(yōu)異個(gè)體，為每個(gè)個(gè)體建立家系，形成明晰的家族圖譜，避免近親交配導(dǎo)致性狀衰退。到2022年，“海興農(nóng)3號(hào)”“渤海1號(hào)”等南美白對(duì)蝦新品種通過國審。“新品種在生產(chǎn)性能上取得了突破性進(jìn)展，擁有快長、多抗等多性狀優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，能有效提升國內(nèi)自主培育品種的市場占有率。”中國科學(xué)院院士、全國水產(chǎn)原種和良種審定委員會(huì)主任委員桂建芳說。“目前，國外進(jìn)口南美白對(duì)蝦種蝦只占15%，國內(nèi)種蝦自主供給達(dá)85%，其中自主選育的12個(gè)新品種種蝦占比35%，適合現(xiàn)代設(shè)施高密度養(yǎng)殖，剩下的50%是自留種的種蝦，適合土塘養(yǎng)殖。我們自主選育的良種具有生長快、抗病等優(yōu)勢(shì)，搶占了國外進(jìn)口種蝦大部分市場份額。此前曾對(duì)我們斷供種蝦僅提供蝦苗的那家公司，在我國蝦苗市場占有率大幅下降。”國家蝦蟹產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授何建國告訴記者。
破譯基因組 育蝦更自主
為加快育種突破，我國科研人員持續(xù)加強(qiáng)育種基礎(chǔ)研究。2019年，海洋所相建海、李富花團(tuán)隊(duì)破譯全球首個(gè)高質(zhì)量南美白對(duì)蝦基因組圖譜，不但推動(dòng)我國對(duì)蝦育種升級(jí)到全基因組選擇育種新階段，而且助推世界對(duì)蝦育種進(jìn)入精準(zhǔn)快車道。相建海介紹，相較于傳統(tǒng)育種方法以及分子標(biāo)記輔助育種，全基因組選擇育種能夠精準(zhǔn)選擇特異性狀基因用來育種，選育新品種有可能從此前的6年以上縮短至3～5年。“對(duì)蝦抗病性狀與多個(gè)基因相關(guān)，這些基因分布在整個(gè)基因組圖譜中，按照傳統(tǒng)育種技術(shù)我們難以找到與抗病性狀相關(guān)的基因。”李富花向記者介紹，破譯了對(duì)蝦基因組圖譜，將與抗病性狀相關(guān)聯(lián)的基因全部標(biāo)記出來，再挑選攜帶這些基因的對(duì)蝦進(jìn)行育種，精準(zhǔn)性將大大提高。對(duì)蝦基因組較大，相當(dāng)于人類基因組大小的三分之二，且組成十分復(fù)雜，簡單重復(fù)的串聯(lián)序列占到對(duì)蝦基因組的23.93%以上，獲取大片段基因組十分困難，拼成整個(gè)對(duì)蝦的基因組圖譜更是難上加難，相建海、李富花團(tuán)隊(duì)前后用了十余年時(shí)間。“就像拼圖時(shí)，有大量形狀、大小都一樣的拼圖碎片，如何正確拼接是一個(gè)難題。”李富花說，國際上多個(gè)團(tuán)隊(duì)都試圖破譯對(duì)蝦基因組圖譜，最后均因難度太大放棄了。
十余年間，李富花團(tuán)隊(duì)嘗試了各種測(cè)序平臺(tái)以及各種組裝軟件，直到2014年引進(jìn)第三代測(cè)序儀器之后，突破進(jìn)程加快，終于在2019年完成南美白對(duì)蝦全基因組測(cè)序和組裝，為對(duì)蝦基因組育種和分子改良工作提供了重要基礎(chǔ)平臺(tái)，為我國高水平自主育種打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以破譯的南美白對(duì)蝦基因組圖譜為基礎(chǔ)，我國科研人員研制出基因芯片，推動(dòng)分子標(biāo)記輔助選育、全基因組關(guān)聯(lián)育種和分子設(shè)計(jì)育種等新技術(shù)在對(duì)蝦育種中的應(yīng)用。所謂基因芯片，是將很多分子標(biāo)記SNPs集聚在一起的組合，通過這個(gè)組合可以同時(shí)對(duì)大量基因和遺傳信息進(jìn)行快速精準(zhǔn)的檢測(cè)和分析，把具有某個(gè)性狀優(yōu)勢(shì)基因型的對(duì)蝦挑選出來進(jìn)行精準(zhǔn)育種。海洋所研制了“中科芯1號(hào)”“中科芯2號(hào)”“中科芯3號(hào)”3款高、中、低密度的基因芯片，開發(fā)了對(duì)蝦全基因組育種的策略；黃海所孔杰研究員團(tuán)隊(duì)研制了“黃海芯1號(hào)”基因芯片。這些芯片的研制突破了我國對(duì)蝦基因組育種缺乏低成本、高通量基因芯片的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和高抗對(duì)蝦新品種的全基因組選育，已在國內(nèi)對(duì)蝦育種企業(yè)中應(yīng)用。“預(yù)計(jì)幾年后將會(huì)有使用基因芯片進(jìn)行分子育種的對(duì)蝦新品種通過審定。”李富花說。
亟待企業(yè)發(fā)揮主導(dǎo)作用
采訪中，多位研究人員告訴《瞭望》新聞周刊記者，要培育更多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)質(zhì)種蝦，還需深度整合產(chǎn)學(xué)研用資源，著重發(fā)揮企業(yè)主導(dǎo)作用。目前，我國對(duì)蝦育種領(lǐng)域尚存在如下堵點(diǎn)難點(diǎn)：一方面，在新品種培育過程中，企業(yè)長期面臨風(fēng)險(xiǎn)大、缺少技術(shù)、投資高、收益少等問題。李富花給記者算了一筆賬，企業(yè)在育種、繁殖蝦苗、養(yǎng)殖對(duì)蝦等三個(gè)環(huán)節(jié)的利潤比例通常是1:5:5。由于育種環(huán)節(jié)投入高、利潤低，企業(yè)通常進(jìn)口種蝦，培育出售蝦苗，第二年再進(jìn)口種蝦，多數(shù)不愿意在育種環(huán)節(jié)投入大量資金。另一方面，國內(nèi)多數(shù)科研院所沒有養(yǎng)殖基地，難以擴(kuò)繁蝦苗進(jìn)行中試、新品種推廣，只能依賴與企業(yè)進(jìn)行合作。“我們培育的新品種如果沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，就像手上拿著的冰棍，不知不覺就融化了。”相建海說。種業(yè)創(chuàng)新投資大、耗時(shí)長、公益性強(qiáng)，科研單位或企業(yè)單打獨(dú)斗無法完成。為破除科企合作障礙，黃海所提出聯(lián)合育種思路，即育種平臺(tái)—育種企業(yè)—種蝦場—育苗場—養(yǎng)殖場一體部署。2017年，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)漁政管理局引導(dǎo)下，由全國水產(chǎn)技術(shù)推廣總站牽頭，黃海所為技術(shù)支撐，多家水產(chǎn)飼料、種苗、養(yǎng)殖企業(yè)以等額資本入股，在山東成立邦普種業(yè)科技有限公司（下稱邦普種業(yè)），這是我國首個(gè)南美白對(duì)蝦聯(lián)合育種平臺(tái)。
在邦普種業(yè)的各大股東中，黃海所擁有世界領(lǐng)先水平的水產(chǎn)動(dòng)物多性狀復(fù)合育種技術(shù)體系，同時(shí)因?yàn)榻鉀Q了擴(kuò)繁環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)難題，能為種蝦的規(guī)模化培育提供技術(shù)方案；三家水產(chǎn)飼料生產(chǎn)企業(yè)，在對(duì)蝦飼料的市場占有率達(dá)到80%以上，覆蓋國內(nèi)主要養(yǎng)殖區(qū)；一家對(duì)蝦種苗企業(yè)育苗技術(shù)行業(yè)領(lǐng)先，每年供給南美白對(duì)蝦苗種總量超過500億尾；一家公司擁有35萬畝生態(tài)養(yǎng)殖池，是國內(nèi)對(duì)蝦養(yǎng)殖面積最大的企業(yè)。強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)了資源整合，解決了南美白對(duì)蝦育種資源分散、難以形成合力的難題。黃海所研究員、國家蝦蟹產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家欒生告訴記者：“與國外種源相比，邦普種業(yè)的種蝦價(jià)格只有國外種蝦的一半。目前，邦普種業(yè)已經(jīng)培育出3個(gè)尚未經(jīng)國審的對(duì)蝦新品系，具有抗病性強(qiáng)、生長速度快等優(yōu)勢(shì)。”此外，深入推進(jìn)水產(chǎn)育種聯(lián)合攻關(guān)，需要企業(yè)深度參與，形成創(chuàng)新聯(lián)合體。中國工程院院士、中國海洋大學(xué)教授包振民說：“尤其是在水產(chǎn)品種性狀測(cè)定方面，我們與育種發(fā)達(dá)國家還存在差距。沒有準(zhǔn)確的性狀測(cè)定，功能基因和分子位點(diǎn)的效應(yīng)就不清楚，育種技術(shù)就很難走出實(shí)驗(yàn)室，難以滿足產(chǎn)業(yè)需要。”他建議，建立由多家企業(yè)、科研院所參加的聯(lián)合測(cè)試體系，鼓勵(lì)在產(chǎn)業(yè)一線進(jìn)行長時(shí)間、大規(guī)模、多區(qū)域的聯(lián)合測(cè)定，以系統(tǒng)性完成這一育種基礎(chǔ)性工作。
《瞭望》新聞周刊記者 扈永順 李志浩
本文來源：《瞭望》2024年第01期