藍色基因：基因組的研究如何促進全球水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展

　　盡管仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，但基因組測序在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的實際應(yīng)用越來越廣泛，而且隨著成本的降低，它將越來越廣泛地應(yīng)用。

 

　　20年前，人類基因組計劃（Human Genome Project）宣布已對人類基因組“工作草案”進行了測序。自從項目開始以來，基因組測序變得更快、更便宜，我們現(xiàn)在能夠通過商業(yè)實驗室對我們的單個基因組測序。但是，基因組測序是什么，它對水產(chǎn)養(yǎng)殖意味著什么？

 

　　背景

 

　　分子DNA通常被描述為包含“生命的基石”，其長的化學(xué)序列形成了控制我們生理許多方面的基因。我們的大多數(shù)基因在一個人和另一個人之間并沒有什么不同，但是在這種一致性中，有一些微小的變異，導(dǎo)致了一些使我們獨一無二的特征，比如眼睛的顏色。一個人的全部基因被稱為基因組。簡而言之，基因組測序是我們解讀基因組中基因的一種方法。

 

　　建立一個基因組庫，我們可以找到個體之間存在差異的地方，并揭示這些差異是如何影響特征的。我們也可以更好了解基因如何互相影響，甚至如何和環(huán)境相互作用，從而產(chǎn)生特征上的變化——比如溫度如何影響魚的大小。我們還可以比較一個物種和另一個物種的基因組，看看是同一個基因控制著相同的特征，還是相似的變異或突變導(dǎo)致了相似的結(jié)果。盡管目前遺傳學(xué)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中不如在陸地養(yǎng)殖中流行，但接受遺傳學(xué)并不是什么新鮮事。傳統(tǒng)的選擇性育種方法依賴于我們觀察個體的表型——其基因在環(huán)境中的表達方式。例如，如果我們看到一個個體長得特別大，我們可能想利用這個個體來繁殖更大的后代。事實上，遺傳學(xué)是水產(chǎn)養(yǎng)殖者所感興趣的各種特性的基礎(chǔ)。

 

　　實際應(yīng)用

 

　　一年前，位于法國CIRAD的Hugues de Verdal博士，發(fā)表了他的文章證明飼料效率是遺傳改良養(yǎng)殖羅非魚（GIFT）的一個可遺傳特性。事實上，de Verdal用遺傳學(xué)解釋了羅非魚大約30%的攝食效率，這不是一個小數(shù)目。因為這一特性是遺傳的——由個體的基因驅(qū)動——所以有可能選擇性地繁殖羅非魚以提高飼養(yǎng)效率。

 

　　De Verdal是第一批確定水生物種飼料效率遺傳基礎(chǔ)的人。盡管他在這項研究中沒有使用測序法，但De veldar認(rèn)為，采用這種技術(shù)有很大的好處，即在精確度和預(yù)測能力方面。他解釋說： “你將獲得更多關(guān)于父母所給基因的信息，因此使用基因組技術(shù)來估計（某一性狀的）遺傳力和估計每條魚的繁殖價值更為準(zhǔn)確。” 有些時候很容易分辨基因的基礎(chǔ)特點（性狀）。

 

　　比如，服用抗凍蛋白基因，可以使一些種類的魚在零度以下生存。實驗性的抗凍蛋白基因從冬季比目魚轉(zhuǎn)移到受精的大西洋鮭魚卵中是轉(zhuǎn)基因鮭魚研究早期階段的一部分。然而，大多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖者所渴望的特性并不是來自單一的基因。De Verdal懷疑影響飼料效率來自其中一組基因。

 

　　他解釋說：“我們非常確定，沒有一種基因能在飼料效率的各個方面起主導(dǎo)作用，因為它可能來自很多不同的東西，比如營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，可能是胃腸道的大小和呼氣。” “可能真的很復(fù)雜。”

 

　　基因組測序有助于解開這種復(fù)雜性。水產(chǎn)養(yǎng)殖的潛在應(yīng)用有很多。例如，對于以單性種群為目標(biāo)的孵化經(jīng)營者來說，了解基因和環(huán)境如何在基因型水平而不是表型水平上相互作用可以精確地指導(dǎo)溫度的選擇，而溫度對某些物種的性別有影響。對于育種家來說，先進的選擇性育種技術(shù)可以有效和精確地培育出專為一系列農(nóng)業(yè)條件培育的菌株。甚至有可能操縱控制疾病彈性等特性的基因。

 

　　一些研究人員甚至已經(jīng)開始對病原體基因組進行測序，除其他外，這有助于確定傳播途徑，幫助改進疾病管理。對于那些使用野生親魚群的人來說，了解野生種群的基因組不僅有助于管理親魚群漁業(yè)，而且還可以確保你沒有意外地發(fā)現(xiàn)一個看起來像你想要的物種，但實際上是另一個物種。這只是潛在應(yīng)用的一個小樣本，隨著水生物種基因組研究變得越來越普遍，其數(shù)量將不斷增加。

 

　　挑戰(zhàn)

 

　　與任何技術(shù)應(yīng)用一樣，水生物種也存在挑戰(zhàn)。正如澳大利亞詹姆斯庫克大學(xué)的基爾·贊格教授所強調(diào)的，這包括在甲殼類動物和蝦等動物身上發(fā)現(xiàn)的相對較高水平的多糖。多糖是一種復(fù)雜的化合物，用于防御機制和其他生物過程，但它們抑制測序，“Zenger解釋說。事實上，對于大多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖物種來說，沒有一個基礎(chǔ)基因組序列可以讓研究人員開始研究。Zenger和de Verdal都指出，建立任何物種的基礎(chǔ)基因組序列都可能意味著對數(shù)千個個體的基因組進行測序。

 

　　另一個挑戰(zhàn)涉及水生物種高度重復(fù)的基因組及其高突變率。當(dāng)一個基因組被測序時，我們不會得到一個單一的、整齊有序的輸出?；蚪M按小部分順序排列，然后按正確的順序重新組合起來。曾格解釋說：”基因組越復(fù)雜，重復(fù)性越強，就越難重新組合起來，因為（測序）軟件會變得混亂。“。

 

　　Zenger指出，基因組技術(shù)在水生物種上的應(yīng)用仍處于發(fā)展的早期階段，相信技術(shù)挑戰(zhàn)和缺乏基線序列將得到克服。

 

　　對于急于開始在農(nóng)場或孵化場直接使用基因組測序的水產(chǎn)養(yǎng)殖者來說，有一些壞消息。

 

　　”你不能買現(xiàn)成的技術(shù)，“曾格指出。此外，盡管測序的成本正在下降，研究應(yīng)用更加容易獲得，但目前對許多水產(chǎn)養(yǎng)殖者來說，測序成本仍然太高——除了與高價值物種合作的大型商業(yè)運營。

 

　　然而，這可能只是暫時的情況。目前的研究仍然是商業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，成本繼續(xù)下降。常規(guī)的商業(yè)用途將會很快投入使用。