-高清“拼图”为青蟹育种引路
作者:张晴丹
发布时间:2021-02-02
浏览次数:632
-高清“拼图”为青蟹育种引路

 

▲团队成员研究青蟹新品种抱卵状况。

▲青蟹成蟹 马凌波供图

■本报记者 张晴丹

作为我国两大海水养殖蟹之一,青蟹市场需求与日俱增,这也使育种创新更加迫切。但由于缺乏高质量基因组图谱,分子辅助育种进展一直相对缓慢。

近日,中国水产科学研究院东海水产研究所(以下简称东海所)研究员马凌波团队与中国水产科学研究院生物中心研究员李炯棠团队合作,成功破译拟穴青蟹(以下简称青蟹)基因组染色体图谱,获得国际首个高质量的青蟹基因组参考图谱。研究成果在《分子生态资源》在线发表。

这是团队在获得青蟹高密度遗传连锁图谱以及成功选育生长速度提高15%的7代品系后的另一重大进展,为青蟹新品种选育奠定了重要基础。

青蟹养殖业遭遇瓶颈

青蟹因味道鲜美、营养丰富而深受我国消费者喜爱,主要分布在长江以南沿海地区。2019年我国青蟹养殖产量为16.06万吨,养殖面积约2.4万公顷,是我国养殖规模最大的海水蟹类之一。

早在1890年,广东虎门就开始出现青蟹的人工养殖,迄今已有一百多年历史。青蟹生长速度快,苗种经3个月养殖即可达到上市规格,经5个月养殖可达到500克以上,而且成蟹耐干露能力强,离水可存活7天以上,便于市场流通。因此青蟹养殖面积越来越大。青蟹养殖业逐渐地形成了一些品牌,并且知名度渐长。目前已经有“三门青蟹”“和乐蟹”和“台山青蟹”等国家地理标志产品。

“青蟹价格逐年增长,平时价格一般每斤60~80元,节日期间达到每斤100多元以上。不过青蟹养殖产量并不高,亩产普遍只有不到25公斤,成品蟹在消费市场经常供不应求,每年需从国外进口约10万吨,青蟹产业具有较高的增长前景。”论文共同通讯作者马凌波在接受《中国科学报》采访时介绍。

马凌波指出,除了养殖技术和管理的问题,缺乏生长快、抗逆性强的品种是限制产业发展的重要因素。

目前,我国青蟹养殖业所用的苗种主要来自未经选育的海区幼蟹或者利用野生亲蟹经人工繁育的幼蟹。“这些苗种存在规格不整齐、遗传背景不清晰、对人工环境的适应性差、生长速度缓慢、容易携带病原菌等问题。”马凌波说。

总的来说,缺乏优良的养殖新品种已经成为制约青蟹养殖业发展的瓶颈。

为寻找突破口,研究团队将目光聚焦到青蟹的基因组研究。他们坚信,全基因组信息的解析,将为青蟹生长发育和饲料高效利用、生殖和性别控制、抗病和抗逆等重要经济性状相关基因或分子模块的发掘以及遗传改良,提供重要支撑。

蟹类中质量最高的“拼图”

青蟹的基因组研究异常艰难。和鱼类相比,甲壳动物的基因组非常复杂,是国际公认比较难组装的基因组。

“这是因为大多数甲壳动物基因组杂合度高、染色体数目多,而且重复序列的比例高。比如青蟹的基因组重复序列比例就达到了35.79%,这给基因组组装带来了很大的难题。”论文第一作者、东海所博士赵明在接受《中国科学报》采访时表示。

之前也有蟹类基因组发布过,但是结果都不太理想。比如,中华绒螯蟹只有75%的基因组被还原,而三疣梭子蟹近半基因组仍未被组装出来。

“做基因组有点像‘拼图游戏’,如何把一个原本完整却被撕碎的图片再度拼接,是一份非常难的工作。撕得越碎,‘拼图’还原的困难就越大。”论文共同通讯作者李炯棠告诉《中国科学报》。

为此,他们采用了混合测序和复合组装策略,对测序的结果进行组装和分析,最终完成了青蟹全基因组组装,获得了覆盖预测基因组大小95.1%的组装结果。

“与已发表的三疣梭子蟹和中华绒螯蟹基因组图谱相比,我们这个图谱无论是覆盖度、连续性还是基因完整性都是最好的,也是目前蟹类中质量最高的基因组数据。”赵明说。

随后,研究团队通过基因组水平的进化分析发现,与青蟹亲缘关系最近的是三疣梭子蟹,两者在42.51百万年前分化。青蟹、三疣梭子蟹和中华绒螯蟹在染色体水平具有多次复制或融合事件。

对种群历史结构研究也是团队的一项重要任务。他们分析发现,青蟹的有效群体大小在更新世末期经历了一次瓶颈期,种群曾出现急剧下降。冰期过后,随着气候变暖,种群又逐渐恢复、扩张。这些都与历史地理事件相吻合。

科研人员一直很好奇视觉光反应在整个生物学进化中的机制是什么。“我们对个别基因家族进行分析发现,青蟹相对于对虾在视觉方面呈现出相反的进化路径,青蟹的视觉基因数目明显在减少,而且在幼体发育过程中的表达呈现相反的趋势,这是青蟹的一大特色。”李炯棠说。

辅助选育,新品系推广效果显著

有了青蟹基因组的高清“拼图”后,研究人员可以做更多事情。

“我们可以通过这个基因组图谱解析不同地理品种之间的差异性,比如膏黄多少、生长性状有何不同等。”李炯棠表示,一旦把影响这些性状的分子标记定位完成后,我们就能筛选优良的性状。把这些优良基因富集起来,以后就可以获得更多高产、多抗的新品种。

20多年来,东海所青蟹遗传育种创新团队对青蟹种质研究与苗种繁育技术进行了持续攻关。目前,他们在亲本越冬保种技术、抱卵蟹孵化关键环节调控、苗种人工繁育规范、养殖示范模式等方面取得了系统性突破。

2013年,研究团队以海南海口红树林和海南文昌共650只雌蟹作为基础群。按5%左右留种率,每年选择1500~2000只交尾后的雌蟹进行越冬。次年继续开展试验,到2018年已经连续选育了5代,形成了特征明显、性状稳定的青蟹新品系“东方1号”。

同等条件下,与野生商品苗种相比,“东方1号”新品系具有生长速度快的优点。经选育5代后,体重比对照提高17.06%,成活率提高20.21%。该新品系已累计示范养殖约3000多亩。

“通过技术改进与集成,目前选育品系已培育到第7代,新品系亲本越冬后抱卵率提高到40%以上。同等条件下,与野生苗种相比,新品系具有生长速度快、成活率高的优点,整个生长速度比野生苗种提高15%以上。”马凌波介绍,这个新品系青蟹三个月甚至可以长到1斤左右,有很好的应用前景。

值得一提的是,研究团队已建立优质苗种稳定供应体系。近4年累计生产优质青蟹苗种1500万只以上,新品系苗种先后在浙江宁海、福建霞浦、上海崇明与金山、甘肃兰州、宁夏银川、河北唐山等地开展养殖试验。这些苗种在不同地区表现出适应能力强、生长速度快的优良性状,示范推广效果显著。

马凌波认为,青蟹的基因组解析是一个重要的转折点,必将有力推动青蟹的分子选育进程以及甲壳动物学的研究,促进相关研究和产业快速发展。

相关论文信息:https://doi.org/10.1111/1755-0998.13332

《中国科学报》 (2021-02-02 第3版 农业科技)



关注【深圳科普】微信公众号,在对话框:
回复【最新活动】,了解近期科普活动
回复【科普行】,了解最新深圳科普行活动
回复【研学营】,了解最新科普研学营
回复【科普课堂】,了解最新科普课堂
回复【科普书籍】,了解最新科普书籍
回复【团体定制】,了解最新团体定制活动
回复【科普基地】,了解深圳科普基地详情
回复【观鸟知识】,学习观鸟相关科普知识

听说,打赏我的人最后都找到了真爱。