我國水產生物研究進入基因組時代

s0311319 · 發表于 2009-12-28 15:09:03

發布日期：2009-12-25 畜牧人家社區
12月9日，經中國科學院水生生物研究所朱作言院士、中國農業大學李寧院士、中國科學院北京基因組研究所副所長于軍研究員以及來自國家自然科學基金委、中國科學院水生生物研究所、中國海洋大學、中國水產科學研究院有關研究所等單位的多位知名專家論證，中國水產科學研究院“鯉魚基因組計劃”在北京正式啟動。這是我國繼水稻、家蠶、黃瓜和牡蠣等基因組計劃之后啟動的又一項重要經濟物種基因組計劃，記者就項目的實施計劃和項目的戰略意義與有關專家進行了對話交流。參加對話的有朱作言院士、于軍研究員、中國水產科學研究院副院長李杰人研究員，中國水產科學研究院水產生物應用基因組研究中心主任、黑龍江水產研究所孫效文研究員。
　　記者：在近年的科技報道中，“基因”、“基因組”這些詞匯頻繁地出現在我們的視野中，但像“全基因組測序”這樣的專業名詞，對普通大眾而言還是顯得很神秘，您能簡單地為我們介紹一下它的具體內涵，以及開展這項工作的意義嗎？
　　孫效文：一百多年前，現代遺傳學奠基人孟德爾就提出了生物的性狀是由遺傳因子控制的觀點，但直到20世紀50年代以后，人們才真正認識了這種“遺傳因子”也就是今天所說的“基因”是染色體上的一條DNA片段；到了上世紀七十年代能夠操作基因的技術叫做基因工程技術出現了，這項技術引發第一次生物技術浪潮，在農業就是基因工程育種技術。
　　然而，大多數的生物性狀是由多基因控制的，科學家逐漸認識到，要想弄清性狀的遺傳機制并在產業上加以利用，只有在生物體內所有基因的整體水平上，也就是基因組水平上解析才能掌握性狀形成的遺傳本質。一個生物體的基因組是指包含在該生物的DNA中的全部遺傳信息。全基因組測序則是將某一生物全部DNA序列解析出來，并且按照其在染色體中的原始順序拼接裝配完整的過程。
　　進入二十一世紀以來，各國政府和科學家高度重視基因組研究并不斷加大力量投入。規模宏大的“人類基因組計劃”，不僅完成了人類全基因組序列圖，同時也確立了一系列進行基因組學研究的方法、技術，培養了大批從事基因組學研究的專業人員，將生物學研究在21世紀初迅速推進到了基因組時代。
　　對具有重要經濟價值的物種進行全基因組測序，發掘基因組內蘊含的海量遺傳信息，破解決定產品品質、產量、生長速度、抗病害能力等生產性狀的基因奧秘，一直是農業科研工作者夢寐以求的理想。
　　記者：據了解，到目前我國已經自主完成了日本血吸蟲、家蠶、黃瓜、白菜、甘藍、油菜等多個物種的全基因組測序工作，但是具有重要經濟價值的魚類全基因組測序卻一直未見報道。水產生物的全基因組測序工作開展得比較晚，主要是基于哪些原因呢？
　　孫效文：技術水平、資金投入、以及目標物種的研究基礎都是制約全基因組測序工作開展的重要因素。
　　測序技術是基因組研究的關鍵技術之一，也是整個基因組研究發展的決定性的制約因子。早期DNA測序工作使用傳統的Sanger雙脫氧法進行，商業測序每個序列成本曾經高達數百元，整個“人類基因組計劃”歷時十余年，耗資數億美元，這是令其它物種的研究者無法企及、望而卻步的。但是大家深知，全基因組測序是生物技術發展的大勢所趨，也是各物種基因組資源全面開發和深入研究的必由之路。對全基因組測序的追求，各國水產科研人員從未放棄過，如美國水產生物基因組計劃就對領域內重要的6種水產生物，根據經濟價值、研究基礎、基因組復雜度等指標進行排序，確定了對各物種進行全基因組測序的等待順序。
　　“臨淵羨魚，不如退而結網。”在過去的十余年中，我國的水產科研工作者并沒有單純地等待和觀望，而是為了必然到來的基因組時代進行了大量工作積累。以鯉魚為例，中國水產科學研究院通過多年的品種培育研究積累了各種性狀不同的家系和品種，如目前養殖生產中廣泛使用的建鯉、松浦鯉等，不僅創造了巨大的經濟價值，也為鯉魚基因組資源的整體開發與后續利用提供了純系研究材料。我的課題組于1999年建立了鯉魚的第一個遺傳連鎖圖譜，開發出微衛星分子標記4000多個，合成鑒定的微衛星引物已超過3000個，鑒定出的多態性標記超過900個，其中Ⅰ型微衛星標記300多個，經過多個家系的QTL分析，已經獲得體重、體長、食物轉化率等21個經濟性狀的相關標記，一些性狀如食物轉化率、體長和體重等鑒定了與QTL結果連鎖的功能基因。著名遺傳學家HarrisLewin上月在《GenomeResearch（基因組研究）》雜志撰文指出“每一個好的基因組測序結果背后都有一個好的圖譜”，這些遺傳連鎖圖譜的構建工作為鯉魚全基因組測序和基因組資源的全面開發奠定了良好的工作基礎。
　　于軍：2006年以來，第二代測序技術平臺使得測序通量呈指數級增長，測序成本大大下降、測序時間顯著縮短，許多幾年前還無法企及的以全基因組測序為核心的基因組學研究已經變得完全可行，基因組資源的大規模高通量開發迅速進入了新紀元，短短兩三年內，等待名單上的物種先后啟動了全基因組測序計劃。美國、日本、新加坡、英國、法國、挪威、加拿大等國分別或合作開展了河?、青鳉、羅非魚、大西洋鮭、大西洋鱈等物種的全基因組測序工作。
　　在這樣的形勢下，我們抓住機會，整合資源，對一種或幾種有重要經濟和社會貢獻的遺傳學和基因組學基礎較好的、可操作性強的水產生物開展全基因組測序計劃，不僅可以在2年~3年時間內使我國水產生物基因組研究水平和可用基因資源達到國際先進水平，同時還可以建立水產生物基因組研究和資源開發平臺，培養一批水產生物基因組學研究人才，推動整個領域較快地開展基因組學研究工作。
　　記者：水產物種的種類是非常豐富的，在本項研究中我們為什么要選擇鯉魚作為研究對象呢？
　　孫效文：鯉魚是我國水產養殖最典型的代表物種之一，它在我國養殖產量巨大，地域分布非常廣泛，作為中華農耕文化的象征已經深入人心。
　　鯉科魚類養殖業在我國水產養殖業中占有舉足輕重的地位，年總養殖產量在1200萬噸以上。目前我國年產量超過百萬噸的淡水魚共有六種，除羅非魚之外，其中的五種（鯉、鯽、鰱、鳙、草魚）都屬于鯉科。
　　鯉魚是原產亞洲的溫帶性淡水魚，在除澳洲和南美洲外的全世界都有分布，主要在中國、東歐、俄羅斯、以色列和東南亞作為養殖品種被飼養，不僅有食用品種，還有錦鯉等觀賞品種。
　　鯉魚養殖在我國具有3000多年的歷史，在殷商時代就有池塘養鯉的記載，已經成為中華文明的重要元素之一。中國傳統年畫中常有一個穿紅兜肚的男孩，身騎一只活蹦亂跳的大鯉魚的形象，就是反映“年年有魚（余）”這一祈望子孫綿延和豐收的主題。
　　李杰人：鯉魚在我國水產養殖中具有不可替代的地位，開展鯉魚全基因組研究計劃將對水產行業的技術發展和進步產生巨大和而深遠的影響。開展鯉魚全基因組研究不僅能夠促進鯉魚分子育種學等現代生物技術的快速發展，還能夠為其他重要鯉科養殖魚類的分子生物學和育種學的發展提供必要的數據支持。
　　記者：能為我們介紹一下本項目組織和實施單位的情況嗎？
　　李杰人：“鯉魚基因組計劃”由中國水產科學研究院組織開展。中國水產科學研究院作為國家級水產科研機構，擔負著全國漁業重大基礎、應用研究和高新技術產業開發研究的任務，在解決漁業及漁業經濟建設中基礎性、方向性、全局性、關鍵性重大科技問題，以及科技興漁、培養高層次科研人才、開展國內外漁業科技交流與合作等方面發揮著重要的作用。
　　項目執行單位為中國水產科學研究院水產生物應用基因組研究中心和中國水產科學研究院黑龍江水產研究所，合作單位為中國科學院北京基因組研究所。
　　孫效文：水產生物應用基因組研究中心是國內成立的第一個水產生物基因組專業研究機構，并與美國奧本大學建立了聯合實驗室。中心實行主任負責制，我任中心主任，美國奧本大學劉占江教授任中心外籍主任，由國內外著名專家組成學術顧問組和學術管理委員會。中心目標是打造面向國內外水產生物技術研究的開放公共實驗平臺，開展水產生物基因組研究和遺傳育種公共技術研發，培養水產生物技術人才，組織承擔重大項目和開展高水平學術交流。
　　本項目的工作框架設計、實驗材料選取、技術路線選擇、分工合作部署主要由水產生物應用基因組研究中心負責。黑龍江水產研究所是我國最早建立的淡水水產科研機構，在鯉魚遺傳育種、健康養殖和種質資源開發方面有長期的經驗積累和豐碩的研究成果，并能夠為“鯉魚基因組計劃”研究提供充足的實驗材料。中科院基因組所是我國最早開展大規模基因組測序的單位之一，目前裝備的測序能力包括9臺SOLiD、4臺Solexa、1臺454及2臺3730測序儀，擁有計算能力超過10萬億次的計算機集群，能夠在測序裝配技術方面為“鯉魚基因組計劃”的順利開展提供有力保障。
　　記者：具體到“鯉魚基因組計劃”，其研究成果對我國水產業的提升意味著什么?
　　朱作言：進入21世紀，生物技術與生物產業發展速度明顯加快，生命科學和生物技術正在推動新的科技革命的形成。生物技術在我國水產領域的研究與應用，對加快產業結構調整，提高產業競爭力，保障水產品質量安全，乃至改善生產與自然關系等具有重要的戰略和現實意義。
　　“鯉魚基因組計劃”是我國經濟魚類第一個全基因組測序計劃，也是世界上啟動的第一個鯉科經濟魚類基因組計劃，從科學技術層面來講，該計劃的啟動是我國水產科研步入現代科學先進行列的標志性事件，將對我國乃至世界水產業的發展產生重要的影響。
　　孫效文：世界農業已進入以基因組數據為基礎的分子育種階段，也將進入以基因組知識為基礎的食品安全生產與監測時代。鯉魚全基因組研究將為這種我國養殖產量最大的水產動物的基礎生物學和育種研究提供大量的基因組水平信息和資源，極大促進包括種質評估、育種、病害防治等各種應用研究的快速發展，從而加快選育具有高產、優質、抗逆等優良性狀的鯉魚品系步伐。同時，基因組信息和資源對遺傳進化、生態學、營養學等領域都有重要的借鑒與參考意義。可以說，鯉魚全基因組研究和基因組資源整體開發將對產業技術提升起到巨大與持續的推動作用。