科學匯丨出現在東海裡的它是不是野生?夠不夠野?基因測序解開黃魚...

2020-12-11 網易新聞

錢江晚報·小時新聞 記者 唐旭鋒 通訊員 王利明

11月27日,浙江奉化漁民在東海165漁區一次性捕獲上千斤大黃魚。

這些大黃魚的「身世之謎」引發各方關注 — —它們是養殖箱裡的「逃網之魚」還是實實在在的野生黃魚?水產業界和專家們對此充滿了好奇。

11月30日,記者陪同浙江海洋大學陶震博士來到奉化桐照漁村,購買了4條在165漁區捕獲的大黃魚。科研人員將對其進行部分基因測序,其結果將有助於揭開這些大黃魚的「身世之謎」。

事實上早在10年前,浙江海洋大學就開展了這方面的專題研究。近日,錢江晚報記者來到位於舟山長峙島的浙江海洋大學,探尋有關大黃魚基因研究的一些趣聞和科普故事。

A

兩天前,在浙江海洋大學國家海洋設施養殖工程技術研究中心,記者在科研人員的陪同下,打開了一臺超低溫冰箱,從中取出一條封存了10年的大黃魚標本。

這條重2斤的大黃魚是當時以六千元的價格從舟山某漁業公司購買的。科研人員對這條大黃魚全基因組進行了測序,並進行了破譯和注釋。

相關成果於2014年在權威期刊《自然-通訊》發表,這也讓世界上第一個石首科魚類基因組圖譜得以面世。

「當年是利用二代測序技術,構建了大黃魚基因組草圖。」浙江海洋大學呂振明教授告訴記者,近幾年隨著計算機運算能力的提升,有關大黃魚全基因組的圖譜有了更精密的呈現。基因工程的興起也僅僅是最近二三十年的事情。為了解開人體2.5萬個基因密碼,2000年6月世界上首個人類基因組草圖繪製成功,旨在解開人體2.5萬個基因密碼,破譯人類全部的遺傳信息。

「而大黃魚的單個細胞裡,有48條染色體,比人類還多兩條,大約包含19362個編碼基因,構成基因的基本單位(核苷酸分子)加起來有728Mb(M代表百萬數量,B代表鹼基對),相當於人類的1/4。」呂振明教授說。

B

浙江海洋大學呂振明教授多年從事海洋生物分子遺傳與進化及遺傳育種研究。他告訴記者, 「東海純野生大黃魚」的這個提法業界已頗有爭議。呂振明教授還表示,因為遺傳基因變異是自然界的普遍現象,無論是精心選育並用於放流的魚苗,還是因颱風等影響從網箱裡逃出的大黃魚,他們的基因都可能

發生了改變。這些魚如果在大海中與其他純野生黃魚交配繁衍,其後代該如何稱呼呢?還能算作純野生黃魚嗎?

稱呼上的爭議,僅是字面之爭。但從基因科學的角度,從大海裡捕撈的大黃魚,與在實驗池裡培育的二代乃至第N代大黃魚,其單核苷酸多態性存在明顯差異。

什麼叫單核苷酸多態性(SNP)?讓我們從基因本身說起。

基因是控制生物性狀的基本遺傳單位,儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息。基因具有雙重屬性,它既是物質形態,也是信息碼。

在這裡,我們有必要重頭來溫習一下高中生物知識!染色體是遺傳物質DNA的載體,而DNA就是由脫氧核苷酸組成的大分子聚合物。脫氧核苷酸由鹼基、脫氧核糖和磷酸構成。其中鹼基有4種:腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。A、G、T、C相互有三種配對,我們稱之為鹼基對,它們構成了基因信息的密碼。從物質形態上講,基因就是DNA片段,它由若干核苷酸小分子組成。DNA分子結構中,兩條多脫氧核苷酸鏈圍繞一個共同的中心軸盤繞,構成雙螺旋結構。脫氧核糖-磷酸鏈在螺旋結構的外面,鹼基朝向裡面。兩條多脫氧核苷酸鏈反向互補,通過鹼基間的氫鍵形成的鹼基配對相連。這樣就可以回答上面的疑問,所謂單核苷酸多態性,就是等位基因發生變異(指配對鹼基發生改變)的強弱狀態。

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浙江海洋大學江麗華博士近日完成了《基於群體基因組學探索岱衢洋大黃魚種群鑑定的研究》項目。該項目對198尾大黃魚進行了基因組重測序,其中岱衢洋捕撈的群體52尾,舟山市水產研究所養殖群體53尾,寧德海域捕撈的群體38尾,寧德海鷗水產有限公司養殖的群體62尾。

江麗華通過生物信息學軟體進行基因組序列分析,發現岱衢養殖群體與其它群體可以完全分開,這可能和其選育種群體特性相關;寧德養殖群體與岱衢群體也沒有交集,而與寧德海域捕撈群體有部分交叉,這表明,寧德養殖大黃魚的親本來自寧德海域捕撈群體;而岱衢洋捕撈群體與寧德捕撈群體出現交叉現象,推測這與大黃魚洄遊及取樣時間有關。

「你看,岱衢養殖群體多樣性比較低的,由於它們來自選育群體,親本來源非常有限,它們可能都是親戚關係。」江麗華指著圖表跟記者解釋道。

江麗華的這一研究,本意是基於大黃魚種群的鑑定,但她在實驗中意外發現,在岱衢族養殖群體中,有關抗低溫基因的單核苷酸出現變異。而這正是基因研究為產業服務的方向所在。正如你和你的兄弟姐妹長得都不一樣,遺傳變異是生物的多樣性和育種的分子基礎。

呂振明教授解釋說,一些養殖戶由於對基因學了解較少,配種時潛意識地選留個頭大的作為親本,這樣下一代也會個頭大,但這些個體大的親魚可能來自於「同一窩」的個體,長此以往就淪為近親繁殖,其後代就會表現為生長、抗病力下降等種質退化現象。而大黃魚基因組序列的破譯,為優良育種提供了科學依據。

研究表明,大黃魚基因組中與生長、抗病相關的基因仍存在較為豐富的遺傳變異,因此提供優良的養殖水環境的同時,選擇攜帶先天性免疫較強、生長速度快優良基因的大黃魚作為親本,對現有養殖大黃魚進行遺傳改良,同時有效避免近親繁殖,也將是今後大黃魚科學育種的重要方向。

我國有3個大黃魚地理族群

我國沿海存在 3 個大黃魚的地理族群,它們在形態、壽命、種群結構和資源數量上存在明顯差異。分布在雷州半島以東的硇洲族壽命最短(雌魚9齡、雄魚8齡),種群結構最簡單,數量最少。分布在浙江和江蘇南部沿海的岱衢族壽命最長(雌魚19-30齡、雄魚15-25齡),種群結構最複雜,數量最多。分布在福建、廣東沿海的閩、粵東族則介於兩者之間。

浙江海洋大學俞存根教授多年來一直從事東海漁業資源領域的教學和科研工作,「這三個族群的大黃魚沒有明顯交集,福建寧德海域的閩、粵東族大黃魚往北洄遊的話,最遠也就在溫州一帶海域。」

記者查閱文獻資料發現,此次捕獲大量大黃魚的165漁區屬於岱衢族大黃魚的三個越冬場之一,大黃魚結群在這裡出現,並不奇怪。「應該說三種可能性都是存在的。」俞存根說,這次捕獲的也許是純天然的野生大黃魚,也許是網箱裡逃出的養殖大黃魚,也有可能是增值放流或網箱裡流出的魚與野生大黃魚交配的後代。

其實,在上世紀60年代,我國科研人員就對三個大黃魚種群在形態特徵、年齡結構等差異進行了研究,如通過耳石判斷其年齡。但隨著東海野生大黃魚資源的枯竭,在上世紀80年代,這方面研究一度停滯。

但在上世紀80年代中期,大黃魚育苗在福建省取得成功,此後育苗技術在寧波、舟山得到應用。人工養殖和增殖放流在浙江海域也逐年增多,每年放流數以千萬尾計。

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