我國水產(chǎn)生物研究進入基因組時代

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發(fā)布日期：2009-12-25   畜牧人家社區(qū)
     12月9日，經(jīng)中國科學(xué)院水生生物研究所朱作言院士、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李寧院士、中國科學(xué)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(xué)基金委、中國科學(xué)院水生生物研究所、中國海洋大學(xué)、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院有關(guān)研究所等單位的多位知名專家論證，中國水產(chǎn)科學(xué)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(jīng)濟物種基因組計劃，記者就項目的實施計劃和項目的戰(zhàn)略意義與有關(guān)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(chǎn)科學(xué)研究院副院長李杰人研究員，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院水產(chǎn)生物應(yīng)用基因組研究中心主任、黑龍江水產(chǎn)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(xiàn)在我們的視野中，但像“全基因組測序”這樣的專業(yè)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(nèi)涵，以及開展這項工作的意義嗎？
　　孫效文：一百多年前，現(xiàn)代遺傳學(xué)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(shù)叫做基因工程技術(shù)出現(xiàn)了，這項技術(shù)引發(fā)第一次生物技術(shù)浪潮，在農(nóng)業(yè)就是基因工程育種技術(shù)。
　　然而，大多數(shù)的生物性狀是由多基因控制的，科學(xué)家逐漸認識到，要想弄清性狀的遺傳機制并在產(chǎn)業(yè)上加以利用，只有在生物體內(nèi)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(zhì)。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(xué)家高度重視基因組研究并不斷加大力量投入。規(guī)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(xué)研究的方法、技術(shù)，培養(yǎng)了大批從事基因組學(xué)研究的專業(yè)人員，將生物學(xué)研究在21世紀初迅速推進到了基因組時代。
　　對具有重要經(jīng)濟價值的物種進行全基因組測序，發(fā)掘基因組內(nèi)蘊含的海量遺傳信息，破解決定產(chǎn)品品質(zhì)、產(chǎn)量、生長速度、抗病害能力等生產(chǎn)性狀的基因奧秘，一直是農(nóng)業(yè)科研工作者夢寐以求的理想。
　　記者：據(jù)了解，到目前我國已經(jīng)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(jīng)濟價值的魚類全基因組測序卻一直未見報道。水產(chǎn)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(shù)水平、資金投入、以及目標物種的研究基礎(chǔ)都是制約全基因組測序工作開展的重要因素。
　　測序技術(shù)是基因組研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是整個基因組研究發(fā)展的決定性的制約因子。早期DNA測序工作使用傳統(tǒng)的Sanger雙脫氧法進行，商業(yè)測序每個序列成本曾經(jīng)高達數(shù)百元，整個“人類基因組計劃”歷時十余年，耗資數(shù)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(shù)發(fā)展的大勢所趨，也是各物種基因組資源全面開發(fā)和深入研究的必由之路。對全基因組測序的追求，各國水產(chǎn)科研人員從未放棄過，如美國水產(chǎn)生物基因組計劃就對領(lǐng)域內(nèi)重要的6種水產(chǎn)生物，根據(jù)經(jīng)濟價值、研究基礎(chǔ)、基因組復(fù)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(jié)網(wǎng)。”在過去的十余年中，我國的水產(chǎn)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(chǎn)科學(xué)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(yǎng)殖生產(chǎn)中廣泛使用的建鯉、松浦鯉等，不僅創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟價值，也為鯉魚基因組資源的整體開發(fā)與后續(xù)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(fā)出微衛(wèi)星分子標記4000多個，合成鑒定的微衛(wèi)星引物已超過3000個，鑒定出的多態(tài)性標記超過900個，其中Ⅰ型微衛(wèi)星標記300多個，經(jīng)過多個家系的QTL分析，已經(jīng)獲得體重、體長、食物轉(zhuǎn)化率等21個經(jīng)濟性狀的相關(guān)標記，一些性狀如食物轉(zhuǎn)化率、體長和體重等鑒定了與QTL結(jié)果連鎖的功能基因。著名遺傳學(xué)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(jié)果背后都有一個好的圖譜”，這些遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建工作為鯉魚全基因組測序和基因組資源的全面開發(fā)奠定了良好的工作基礎(chǔ)。
　　于軍：2006年以來，第二代測序技術(shù)平臺使得測序通量呈指數(shù)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(xué)研究已經(jīng)變得完全可行，基因組資源的大規(guī)模高通量開發(fā)迅速進入了新紀元，短短兩三年內(nèi)，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(jīng)濟和社會貢獻的遺傳學(xué)和基因組學(xué)基礎(chǔ)較好的、可操作性強的水產(chǎn)生物開展全基因組測序計劃，不僅可以在2年~3年時間內(nèi)使我國水產(chǎn)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(chǎn)生物基因組研究和資源開發(fā)平臺，培養(yǎng)一批水產(chǎn)生物基因組學(xué)研究人才，推動整個領(lǐng)域較快地開展基因組學(xué)研究工作。
　　記者：水產(chǎn)物種的種類是非常豐富的，在本項研究中我們?yōu)槭裁匆x擇鯉魚作為研究對象呢？
　　孫效文：鯉魚是我國水產(chǎn)養(yǎng)殖最典型的代表物種之一，它在我國養(yǎng)殖產(chǎn)量巨大，地域分布非常廣泛，作為中華農(nóng)耕文化的象征已經(jīng)深入人心。
　　鯉科魚類養(yǎng)殖業(yè)在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中占有舉足輕重的地位，年總養(yǎng)殖產(chǎn)量在1200萬噸以上。目前我國年產(chǎn)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(chǎn)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(yǎng)殖品種被飼養(yǎng)，不僅有食用品種，還有錦鯉等觀賞品種。
　　鯉魚養(yǎng)殖在我國具有3000多年的歷史，在殷商時代就有池塘養(yǎng)鯉的記載，已經(jīng)成為中華文明的重要元素之一。中國傳統(tǒng)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(chǎn)養(yǎng)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(chǎn)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和進步產(chǎn)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(xué)等現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展，還能夠為其他重要鯉科養(yǎng)殖魚類的分子生物學(xué)和育種學(xué)的發(fā)展提供必要的數(shù)據(jù)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(chǎn)科學(xué)研究院組織開展。中國水產(chǎn)科學(xué)研究院作為國家級水產(chǎn)科研機構(gòu)，擔(dān)負著全國漁業(yè)重大基礎(chǔ)、應(yīng)用研究和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)研究的任務(wù)，在解決漁業(yè)及漁業(yè)經(jīng)濟建設(shè)中基礎(chǔ)性、方向性、全局性、關(guān)鍵性重大科技問題，以及科技興漁、培養(yǎng)高層次科研人才、開展國內(nèi)外漁業(yè)科技交流與合作等方面發(fā)揮著重要的作用。
　　項目執(zhí)行單位為中國水產(chǎn)科學(xué)研究院水產(chǎn)生物應(yīng)用基因組研究中心和中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，合作單位為中國科學(xué)院北京基因組研究所。
　　孫效文：水產(chǎn)生物應(yīng)用基因組研究中心是國內(nèi)成立的第一個水產(chǎn)生物基因組專業(yè)研究機構(gòu)，并與美國奧本大學(xué)建立了聯(lián)合實驗室。中心實行主任負責(zé)制，我任中心主任，美國奧本大學(xué)劉占江教授任中心外籍主任，由國內(nèi)外著名專家組成學(xué)術(shù)顧問組和學(xué)術(shù)管理委員會。中心目標是打造面向國內(nèi)外水產(chǎn)生物技術(shù)研究的開放公共實驗平臺，開展水產(chǎn)生物基因組研究和遺傳育種公共技術(shù)研發(fā)，培養(yǎng)水產(chǎn)生物技術(shù)人才，組織承擔(dān)重大項目和開展高水平學(xué)術(shù)交流。
　　本項目的工作框架設(shè)計、實驗材料選取、技術(shù)路線選擇、分工合作部署主要由水產(chǎn)生物應(yīng)用基因組研究中心負責(zé)。黑龍江水產(chǎn)研究所是我國最早建立的淡水水產(chǎn)科研機構(gòu)，在鯉魚遺傳育種、健康養(yǎng)殖和種質(zhì)資源開發(fā)方面有長期的經(jīng)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(guī)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(shù)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(chǎn)業(yè)的提升意味著什么?
　　朱作言：進入21世紀，生物技術(shù)與生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度明顯加快，生命科學(xué)和生物技術(shù)正在推動新的科技革命的形成。生物技術(shù)在我國水產(chǎn)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，對加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高產(chǎn)業(yè)競爭力，保障水產(chǎn)品質(zhì)量安全，乃至改善生產(chǎn)與自然關(guān)系等具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。
　　“鯉魚基因組計劃”是我國經(jīng)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(jīng)濟魚類基因組計劃，從科學(xué)技術(shù)層面來講，該計劃的啟動是我國水產(chǎn)科研步入現(xiàn)代科學(xué)先進行列的標志性事件，將對我國乃至世界水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。
　　孫效文：世界農(nóng)業(yè)已進入以基因組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的分子育種階段，也將進入以基因組知識為基礎(chǔ)的食品安全生產(chǎn)與監(jiān)測時代。鯉魚全基因組研究將為這種我國養(yǎng)殖產(chǎn)量最大的水產(chǎn)動物的基礎(chǔ)生物學(xué)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(zhì)評估、育種、病害防治等各種應(yīng)用研究的快速發(fā)展，從而加快選育具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等優(yōu)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(tài)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)等領(lǐng)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(fā)將對產(chǎn)業(yè)技術(shù)提升起到巨大與持續(xù)的推動作用。

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