水產(chǎn)生物技術(shù)的研究進展

1、水產(chǎn)生物技術(shù)的研究進展我國水產(chǎn)研究現(xiàn)狀 中國是水產(chǎn)動物種質(zhì)資源大國，在種子庫方面投入較多，但由于人為活動和資源環(huán)境的惡化，種質(zhì)資源的保護水水平相對較低，系統(tǒng)研究種質(zhì)資源保護的機構(gòu)少，國家投入的研究費用也較少。 中國養(yǎng)殖魚類的“品種”多，且來源復(fù)雜，但人工選育的良種較少，主要養(yǎng)殖對象多為野生種。且由于研究與生產(chǎn)單位對養(yǎng)殖對象遺傳保護重視的程度不夠，致使中國養(yǎng)殖魚類“品種”普遍存在近親交配和種質(zhì)退化的現(xiàn)象。在選育種理論方面，對“品種”的異質(zhì)性認識不夠。 中國在開發(fā)應(yīng)用生物技術(shù)方面，有一些人才，但開展原創(chuàng)性研究的人才還比較缺乏。水產(chǎn)生物技術(shù)領(lǐng)域的組織機構(gòu)、學(xué)術(shù)機構(gòu)不夠健全，缺乏水產(chǎn)生物技術(shù)學(xué)術(shù)交流的

2、穩(wěn)定平臺。國內(nèi)水產(chǎn)生物技術(shù)領(lǐng)域的大項目還相對較少，資助強度不大，且較分散、不系統(tǒng)。功能基因、分子標(biāo)記、基因打靶等研究落后，基因工程疫苗研制方面差距較大。一.水產(chǎn)動物功能基因的篩選與克隆 功能基因組研究是進入21世紀(jì)以來水產(chǎn)生物技術(shù)發(fā)展的一個重要特點。 近年來，隨著基因組學(xué)等分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水產(chǎn)動物的重要經(jīng)濟性狀的研究備受關(guān)注。關(guān)于性別、生長、抗病、耐寒和耐低氧等性狀的分子理論機制的研究取得了一定的成就，大量與之相關(guān)的功能基因也相繼被鑒定出來?？寺〉幕蚩寺〉幕虼笾驴煞譃槊庖?抗病相關(guān)基因、生長、生殖與發(fā)育相關(guān)基因、性別控制相關(guān)基因、溶菌酶和激酶等酶類基因等幾大類。研究的對象研究的對象主

3、要包括牙鲆、大菱鲆、石斑魚、大黃魚、鱸、真鯛、羅非魚、銀鯽、鱖、鰱、黃鱔、草魚、鯉、黃顙魚、翹嘴紅鮊、鱘魚等海、淡水養(yǎng)殖魚類, 中國對蝦、斑節(jié)對蝦、螯蝦、中華鱉、扇貝、中華絨螯蟹、羅氏沼蝦和日本沼蝦等無脊椎動物，另外還有斑馬魚和文昌魚等模式動物。1.生產(chǎn)性狀相關(guān)基因研究進展生產(chǎn)性狀相關(guān)基因研究進展1.1性別相關(guān)基因 多數(shù)水產(chǎn)動物的雌雄個體之間存在顯著的生物學(xué)差異，如尼羅羅非魚（Oreo-chromis niloticus）雄性個體較雌性大且生長速度快，鯉魚（Cyprinuscarpio L.）、半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）等魚類雌性個體較大；雌性蟹類比雄性具有更高的

4、食用價值。因此，可以通過對上述水產(chǎn)動物進行單性養(yǎng)殖來降低養(yǎng)殖成本和提高產(chǎn)品經(jīng)濟價值。 Sox9（SRY-related HMG-box gene 9） 基因是哺乳動物性別決定直接相關(guān)的基因，位于常染色體上，其表達具有性別專一性，僅在精巢中表達。水產(chǎn)動物中存在兩個Sox9 基因的拷貝，分別為Sox9a 和Sox9b。雖然其表達不能像哺乳動物一樣具備性別專一性，但其在雌雄中的表達量存在一定的差異。 Dmrt（Double-sex and Mab-3 related transcriptionfactor）是一個與性別決定相關(guān)的基因家族。目前，已在魚類中發(fā)現(xiàn)5 種屬Dmrt 家族的基因：Dmrt1、

5、Dmrt2、Dmrt3、Dmrt4 和Dmrt5。Dmrt1 基因是目前已知的參與性別決定與分化進程的唯一的在動物門間具有保守性的基因。母蟹公蟹 抗繆勒氏管激素抗繆勒氏管激素（Anti-Mllerian Hormone，AMH）也叫繆勒氏管抑制物（Mllerian inhibiting substance，MIS），是一種肽類細胞因子，屬于轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-）超家族。雖然魚類缺乏繆勒管，但研究發(fā)現(xiàn)AMH 基因?qū)︳~類的精原細胞的增殖和分化起調(diào)節(jié)作用。 細胞色素細胞色素P450 芳香化酶芳香化酶（Cytochrome P450aromatase，P450 arom/CYP19）是催化雄性激素向

6、雌性激素轉(zhuǎn)化的一個關(guān)鍵酶，當(dāng)其活性被抑制后可誘導(dǎo)偽雄魚的產(chǎn)生。 DMY 基因基因（DM domain gene on Y-chromosome）是繼SRY 基因后在XX-XY 性別決定類型中發(fā)現(xiàn)的位于Y 染色體上的性別決定基因（在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的第一個性別決定基因，具有起始精巢分化的功能）1.2生長相關(guān)基因 生長性狀是水產(chǎn)養(yǎng)殖動物最具經(jīng)濟價值的性狀之一，其直接影響經(jīng)濟效益。水產(chǎn)動物的生長發(fā)育是一個高度復(fù)雜的過程，受遺傳基因、營養(yǎng)、激素和環(huán)境等多種因素的影響。已發(fā)現(xiàn)的生長候選基因主要包括：（1）與生長軸及其調(diào)控相關(guān)的基因和（2）參與肌肉組織發(fā)生和分化過程的基因。1.2.1生長軸相關(guān)基因 生長激素

7、生長激素（Growth hormone，GH）由垂體分泌后，與生長激素受體（growth hormone receptor，GHR） 結(jié)合， 進而刺激肝臟等組織分泌胰島素樣生長因子（Insulin-likeGrowth Factor I，IGF-I），后者通過IGF 受體的介導(dǎo)發(fā)揮生物功能。 生長激素釋放激素生長激素釋放激素（Growth hormone releasinghormone，GHRH）又稱生長激素釋放因子（Growthhormone releasing factor，GRF），具有刺激垂體細胞合成和分泌生長激素的功能。此外，對細胞增殖分化和腦垂體形成等也具有重要作用。 生長激素釋

8、放肽生長激素釋放肽（Ghrelin）是生長激素促分泌素受（Growthhormonesecreta -gogue receptor，GHSR）的內(nèi)源性配基，具有促進生長激素的分泌、調(diào)節(jié)攝食、能量平衡以及促進生長等生理功能。 生長激素抑制激素（生長激素抑制激素（Growth hormoneinhibiting hormone，GHIH）又稱生長抑素（Somatostatin，SS），是一種廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織的多肽，同時具有神經(jīng)遞質(zhì)和激素的功能。 垂體腺苷酸環(huán)化酶激活多肽垂體腺苷酸環(huán)化酶激活多肽（Pituitary adenylatecyclaseactivating polypepti

9、de，PACAP）屬于胰高血糖素家族成員。在水產(chǎn)動物中的研究發(fā)現(xiàn)，PACAP 基因具有促進垂體生長激素合成和分泌的功能。 神經(jīng)肽神經(jīng)肽Y（neuropeptide Y，NPY） 屬于胰多肽家族，脊椎動物的NPY 具有促進垂體激素釋放、增強食欲等功能。1.2.2肌肉組織發(fā)生和分化基因MRFs 基因家族基因家族包括MyoD、MRF5、MyoG、MRF4 四個成員，共同參與肌肉的發(fā)生和分化過程。胰島素樣生長因子胰島素樣生長因子（Insulin-like Growth Factors，IGFs）又名生長介素（Somato-medins），除參與GH/IGF-I 生長內(nèi)分泌軸調(diào)控外，還對肌肉分化和生長具

10、有重要的作用。肌肉生長抑制素肌肉生長抑制素（Myostatin，MSTN） 又稱為生長分化因子-8（GDF-8），屬于轉(zhuǎn)化生長因子（Transforming growth factor-，TGF-） 家族， 是肌肉細胞生長的負調(diào)控因子。小清蛋白小清蛋白（Parvalbumins，PVAL）是脊椎動物體內(nèi)肌漿蛋白的主要成分，在肌肉的舒張運動中起著重要作用，同時也是水產(chǎn)動物的主要過敏原。2.抗逆性狀相關(guān)基因研究進展抗逆性狀相關(guān)基因研究進展2.1抗病相關(guān)基因 疾病一直是制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要因素之一。近年來，水產(chǎn)動物深受病毒、細菌、真菌、寄生蟲等病害的威脅。目前，已發(fā)現(xiàn)一些抗病相關(guān)基因在水產(chǎn)動物的

11、抗病毒防御反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，主要為一些干擾素誘導(dǎo)基因。 主要組織相容性復(fù)合體主要組織相容性復(fù)合體（Major histocompatibilitycomplex，MHC）是一個與抗病相關(guān)基因家族。該家族呈現(xiàn)高度多態(tài)性，群體內(nèi)有豐富的等位基因。在水產(chǎn)動物的多個物種中都發(fā)現(xiàn)MHC 基因多態(tài)性與抗病力密切相關(guān)。 雙鏈雙鏈RNA 依賴的蛋白激酶依賴的蛋白激酶（Double-strandedRNA-dependent protein kinase，PKR）是干擾素誘導(dǎo)的抗病毒蛋白之一，在細胞生長、增殖、腫瘤發(fā)生和免疫反應(yīng)過程中起著重要作用。 RNA 結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白（TAR RNA bindin

12、g protein，TRBP）是雙鏈RNA 結(jié)合蛋白家族成員之一，具有抑制PKR 活性和調(diào)控HIV-1 基因表達的功能，還在RNA沉默中發(fā)揮作用。 防御素防御素是廣泛分布于動植物界的一類富含半胱氨酸的內(nèi)源性陽離子抗菌肽，在先天性免疫系統(tǒng)宿主防御機制中起著重要的作用，是抵御微生物入侵的重要物質(zhì)。 C 型凝集素型凝集素在維持機體穩(wěn)定、免疫防御以及免疫監(jiān)視等重要生理病理過程中發(fā)揮著重要作用。 視黃酸誘導(dǎo)基因視黃酸誘導(dǎo)基因-I 樣受體樣受體（RIG-I-like receptors，RLRs）是能夠識別病毒而并激活相關(guān)信號分子，進而啟動干擾素等細胞因子的表達，在抗病毒免疫應(yīng)答中發(fā)揮著重要的作用。2.2

13、耐寒相關(guān)基因 耐寒性狀作為重要經(jīng)濟性狀在很多大程度上影響著水產(chǎn)動物的水域分布及其養(yǎng)殖范圍的推廣。研究發(fā)現(xiàn)，生活在寒冷水域中的魚類能夠產(chǎn)生一些抗凍蛋白（anti-freeze proteins，AFPs），通過降低體液冰點使其機體免受冷凍的損傷。2.3耐低氧相關(guān)基因 大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖時由于養(yǎng)殖密度大，極易導(dǎo)致水中溶解氧減少。溶解氧的缺少可能會產(chǎn)生一系列不良生理反應(yīng)或異常變化，如攝食量減少，生長速率變慢，生殖力下降，甚至死亡。 低氧誘導(dǎo)因子低氧誘導(dǎo)因子（Hypoxia inducible factor，HIF）是參與氧穩(wěn)態(tài)失衡調(diào)節(jié)的一個核心因子，在細胞低氧適應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用。 血清轉(zhuǎn)鐵蛋白血清轉(zhuǎn)

14、鐵蛋白（Transferrin，Tf）又稱鐵傳遞蛋白、運鐵蛋白，是魚類血清中一種非血紅素結(jié)合鐵的-球蛋白，在體內(nèi)鐵離子的運輸中發(fā)揮著重要的作用。 IGFBP-1 基因基因除在生長激素信號通路中發(fā)揮著重要作用外，還是一個低氧誘導(dǎo)基因。 血紅素加氧酶血紅素加氧酶-1（Heme oxygenase-1，HO-1）是一種在氧化應(yīng)激反應(yīng)中保護細胞的防御酶，可以避免血紅素對細胞的損傷。二.分子標(biāo)記的篩選與應(yīng)用 分子標(biāo)記分子標(biāo)記是以個體間遺傳物質(zhì)內(nèi)核苷酸序列變異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記, 是DNA 水平遺傳多態(tài)性的直接反映。 近幾年來國內(nèi)一些單位也開發(fā)了大量的水產(chǎn)動物分子標(biāo)記, 建立了多種不同水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的微衛(wèi)星、

15、RAPD、AFLP、ISSR 和SNPs等分子標(biāo)記技術(shù)。 在淡水動物方面, 主要篩選開發(fā)了羅非魚、草魚、鰱、鯉、鳙、哲羅魚、鱖、中華鱘、銅魚、圓口銅魚、稀有鮞鯽等水產(chǎn)動物的微衛(wèi)星標(biāo)記； 在海水動物方面, 主要篩選開發(fā)了大菱鲆、紅鰭東方觸、蝦夷扇貝、牙鲆、紫紅笛鯛、中國對蝦、真鯛、大黃魚、皺紋盤鮑、黃鰭鯛等水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的微衛(wèi)星標(biāo)記。三.基因工程和細胞工程育種1.細胞核移植技術(shù)細胞核移植技術(shù) 這是一種將細胞核移植到另一細胞的細胞質(zhì)中的生物技術(shù)，是50 年代初由美國學(xué)者Brigg s 和King 首創(chuàng)的，他們以豹蛙為材料， 將囊胚期的動物極細胞核移入另一去核的卵子中，獲得正常發(fā)育的胚胎。 細胞核移植

16、已在水產(chǎn)生物的遺傳育種中發(fā)揮重要作用，但僅局限于魚類和兩棲類，對于蝦、蟹、貝、藻類還一無所知。另外, 并非所有核質(zhì)雜交種都可以培育成新品種，也不是所有的核質(zhì)雜交種都有受體物種的性狀，如鯽魚細胞核和鯉魚細胞質(zhì)配合的雜種魚基本上相似于供體魚(鯽魚)的性狀， 更不是所有的種間雜交屏障都可以借助細胞核移植技術(shù)來突破， 因此，該技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)生物的育種還有大量工作需要完成。2.核酸誘導(dǎo)技術(shù)核酸誘導(dǎo)技術(shù) 核酸誘導(dǎo)技術(shù)核酸誘導(dǎo)技術(shù)是以核酸(DNA 和RNA)為介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，需要提取DNA 或RNA ，并通過微量吸管注入法或受體細胞的吞飲作用把純化的核酸導(dǎo)入細胞以轉(zhuǎn)化受體細胞， 進而誘導(dǎo)受體生物產(chǎn)生可遺

17、傳的變異。 通過實驗表明：外源核酸誘導(dǎo)技術(shù)可以沖破生物的種間生殖隔離, 使生物獲得不同綱生物的性狀, 從而為水產(chǎn)動物的遺傳改良提供了一條頗具希望的新途徑。3.細胞與組織培養(yǎng)技術(shù)細胞與組織培養(yǎng)技術(shù) 這是把生物的細胞或組織在適當(dāng)培養(yǎng)基里培養(yǎng)、傳代、再生或快速繁殖生物的技術(shù)。 余來寧等采用電融合結(jié)合繼代移核法， 將對草魚出血病病毒(FRV)有抗性的草魚肝細胞株(GLA)的細胞核,移植到草魚未受精卵內(nèi)，獲得了一批不同發(fā)育期的胚胎和存活的仔魚?？梢? 用細胞工程育種的方法，培育抗病草魚是大有前途的，也為魚類體細胞育種提供了依據(jù)。4.細胞融合技術(shù)細胞融合技術(shù) 這是將兩個不同遺傳性狀的細胞合并為1 個雜種細

18、胞的技術(shù)，是在細胞與組織培養(yǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的細胞雜交技術(shù)。5.基因工程技術(shù)基因工程技術(shù) 基因工程是20 世紀(jì)70 年代初興起的新興遺傳育種技術(shù)。1982 年，Palmiter 等人首次將大鼠生長激素基因?qū)胄∈笫芫阎校?獲得了個體比對照組大1 倍的轉(zhuǎn)基因“超級鼠” 。 目前，已先后在金魚、鯉魚、鯽魚、銀鯽、泥鰍獲得人生長激素基因的轉(zhuǎn)基因魚。大量研究表明， 該技術(shù)在水產(chǎn)生物的品種改良中有巨大潛力。四.性別決定機制和性別控制研究 魚類作為較低等脊椎動物，性別決定機制和性腺分化極其復(fù)雜， 魚類的生理性別除了受遺傳因素影響外，還受到外部環(huán)境因子(溫度、光照和食物等) 的影響，是二者相互作用的結(jié)果。

19、劉筠在鯉科魚類多倍體育種上首次研制出雌雄兩性能育的異源四倍體鯽鯉， 將其與鯉、鯽雜交制備出不育的三倍體的湘云鯉、湘云鯽, 具有生長速度快、食性雜、抗病力強、肉味鮮美等優(yōu)點。五.魚類低溫生物工程研究 近幾年來，我國在海水魚類精子和胚胎冷凍保存方面取得重大進展，在精子冷凍保存方面， 共建立了近20種海水魚類精子冷凍保存技術(shù)和海水魚類精子庫，達到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用水平， 采用微衛(wèi)星技術(shù)揭示冷凍精子受精后代遺傳結(jié)構(gòu)沒有變化，并應(yīng)用冷凍精子進行了雜交育種試驗。特別是在海水魚類胚胎冷凍保存方面取得突破性進展，研究了抗凍劑對牙鲆胚胎的毒性作用，建立了海水魚類胚胎玻璃化冷凍保存技術(shù)，多次成功地在液氮中獲得冷凍復(fù)活的牙鲆胚胎， 并孵化出魚苗，該領(lǐng)域的研究目前處于國際領(lǐng)先水平。展望 我國近幾年在水產(chǎn)生物技術(shù)的許多方面都開展了大量工作, 并在功能基因組、分子標(biāo)記、