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福建日报:千“鱼”千寻,芯片挑选“优等生”——厦大科研团队通过全基因组选择技术解决大黄鱼“白点病”困扰
发布时间:2022年11月17日 来源:福建日报

受访者供图

给大黄鱼出“考题”、用芯片检测“优等生”,来自厦门大学海洋与地球学院的徐鹏教授团队,把基因大数据技术用在了鱼的身上,只为找到那尾“最优秀”的抗病大黄鱼。

大黄鱼是我国养殖产量最高的海水鱼,全国95%以上大黄鱼苗种在福建培育。但长期以来,大黄鱼养殖产业却一直备受“白点病”“内脏白点病”的困扰。

2016年,徐鹏回到母校任教,确立了以海水养殖鱼类良种选育为应用研究方向后,对准了令养殖户头疼的大黄鱼“白点病”“内脏白点病”。

科学家和大黄鱼能碰撞出怎样的火花?这是一个“千‘鱼’千寻”的故事。

寻找优等鱼类

每年秋末、春初,是大黄鱼群“白点病”的多发时期。由刺激隐核虫寄生引发的“白点病”,易引起高密度、集约化养殖鱼类大量死亡,死亡率低至三成、多则高达九成。

宁德市富发水产有限公司研发部主任翁华松还记得,2015年夏天,在宁德三都镇大湾村海域,部分海域大黄鱼养殖爆发“白点病”,死鱼遍布,触目惊心。“‘白点病’没得治,生病的大黄鱼只能自然淘汰。当时整个海区近九成与‘白点病’扯上关系,养殖户的心都碎了。”

为何“白点病”杀伤力如此强?

海水养殖环境具有开放性特征,很难杜绝刺激隐核虫对养殖鱼类的感染。大黄鱼大都养殖在封闭、换水条件不好的内湾,人工养殖密度较高,很容易产生病害问题。“此外,由于寄生虫生活史、致病机制的复杂性,彼时在全球相关育种研究报道几乎是空白的。”徐鹏说。

对于养殖户而言,这根“刺”,如鲠在喉。

“有病吃药”,一部分养殖户存侥幸心理,将抗生素喂进鱼肚子里。“一不小心就会出现药残超标问题,鱼一旦进了人的肚子,后果无法预测。”徐鹏说。

“适者生存”,也是一部分养殖户的常规做法。在感染的鱼群中,挑出存活的大黄鱼进一步繁殖。“‘白点病’是一个复杂的性状,受基因、环境等多个因素的影响,存活下来的鱼未必是拥有优良基因的个体。”徐鹏说,但这一思路可以借鉴,在基因组层次上另辟蹊径。

2016年起,在宁德的大黄鱼育种基地,徐鹏团队用寄生虫对健康的大黄鱼进行人工感染,发现大黄鱼中确实存在对刺激隐核虫感染抗性的个体差异和多态性。“感染后有很多个体可以存活,这些正是我们要寻找的‘优等生’。”

原来,徐鹏想要通过对“优等生”的基因检测,建立一套“标准体系”,“通过关联分析发现抗病相关的遗传规律,我们确定了大黄鱼抗‘白点病’性状可预测性最强的‘育种模型’”。

即在不感染鱼群的情况下,寻找健康鱼群中的佼佼者!

紧接着,徐鹏教授团队与宁德市富发水产有限公司开展产学合作,依托大黄鱼育种国家重点实验室,联合开发了“宁芯”系列育种芯片,通过全基因组选择(GS)技术对选育群体的基因组育种值(GEBV)进行预测,实现“千‘鱼’千寻”,让佼佼者脱颖而出。

回应产业需求

2019年8月11日,一场特殊的“考试”出现了。仅3个月大,通过GS选出的第一代大黄鱼抗刺激隐核虫新品系“宁抗1号”,就要面临寄生虫的攻击。

攻毒结果显示,相同养殖和攻毒条件(1000个幼虫)下,“宁抗1号”选育系和普通对照组,在96个小时内,存活率分别为61.92%和26.35%。

这是徐鹏团队首次取得的胜利,但他们并未止步于此。

为了提高基因组选育的效率和准确性,“宁芯”系列育种芯片陆续诞生,助力“宁抗”系列大黄鱼选育。

育种芯片第一代“宁芯1号”诞生于2019年,由二氧化硅制作而成,成为挑选“优等生”的探测器。

不到4平方厘米的芯片上,分布着几十万个DNA探针。从鱼鳍中提取的DNA放在芯片上检测,很快就能准确地获取大黄鱼几十万个基因位点的信息。“这些基因位点,就是抗性大黄鱼的‘遗传密码’。”徐鹏说。

芯片加持下,选育工作更是有的放矢。经过3代选育,相比未经选育的普通大黄鱼,选育系的成活率相对提升85%。

有趣的是,就在2019年前后,徐鹏团队还启动了对大黄鱼“内脏白点病”抗性基因组选择育种。“不同于‘白点病’受寄生虫攻击,‘内脏白点病’是因一种细菌‘变形假单胞菌’引起的。”徐鹏说,“内脏白点病”发病季节也是春秋两季,变形假单胞菌主要通过鳃、皮肤以及鳍外伤侵入鱼体。

徐鹏团队依样画葫芦,参照此前“白点病”全基因组选择育种工作,也构建了大黄鱼“内脏白点病”的人工感染体系和标准化测评体系,实现高效、精准的抗“内脏白点病”新品系选育。

2021年的春天,徐鹏团队获得了首批大黄鱼抗“内脏白点病”选育系160万尾。徐鹏表示,在后续的工作中,团队进一步对该选育系后代进行了抗性测评,结果显示,人工感染后选育系相比对照组存活率提升18.67%至27.77%,表明抗“内脏白点病”选育系具有显著的抗菌性能提升。

6年来,“宁芯”系列芯片已研发出第三代液体芯片,在降低芯片制作成本的同时大大提高了基因检测的效率,目前该技术已推广至全国9家大黄鱼育种单位应用。

得益于此,曾经被“白点病”“内脏白点病”折磨过的宁德富发水产有限公司,成为实打实的受益者。“近年来,越来越多的客人就是冲着‘宁抗’鱼苗而来,对比周遭普通养殖的鱼苗,高科技培养的优良品种,抗病能力至少提高50%。”翁华松说,高科技赋能智慧育种,让大黄鱼苗有“钱”景,更有前景。

根深叶方茂。徐鹏团队仍然在尝试更多的探索:结合人工智能测评大黄鱼的抗性、借“跑步机”选育“运动健将”级别的大黄鱼、用植物蛋白替代让大黄鱼“改吃素”……未来有望在理论研究中,更多回应解决大黄鱼养殖产业中的现实需求。



【责任编辑:宣传部外宣】
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