科學(xué)家和大黃魚

能碰撞出怎樣的火花？

“給大黃魚‘出題’、

用芯片檢測(cè)大黃魚的基因”

在廈大

有一群科研工作者

這樣展開他們的“千魚千尋”

多年來(lái)

為解決一直困擾大黃魚養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)

的“白點(diǎn)病”問(wèn)題

海洋與地球?qū)W院的徐鵬教授團(tuán)隊(duì)

把基因大數(shù)據(jù)技術(shù)用在了魚的身上

只為找到那尾

“最優(yōu)秀”的抗病大黃魚

大黃魚與“內(nèi)臟白點(diǎn)病”

“一次處理不好，大黃魚就可能全軍覆沒(méi)?！贝簏S魚養(yǎng)殖戶陳時(shí)紅說(shuō)。

每年秋末、春初，是大黃魚群“白點(diǎn)病”的多發(fā)時(shí)期，也是養(yǎng)殖戶們最頭疼的時(shí)候。

一個(gè)大黃魚群感染后，死亡率少則30%，多則高達(dá)90%。而對(duì)養(yǎng)殖戶來(lái)說(shuō)，一旦發(fā)病，就意味著幾個(gè)月的養(yǎng)殖工作全部白費(fèi)。

2016年，徐鵬回到母校廈門大學(xué)任教，確立了以海水養(yǎng)殖魚類良種選育為應(yīng)用研究方向。大黃魚的“白點(diǎn)病”，正是他所面臨的難題之一。

“產(chǎn)業(yè)既然提出了問(wèn)題，就需要我們科研工作者做出回答?！毙禊i說(shuō)。

感染白點(diǎn)病的大黃魚

大黃魚的“白點(diǎn)病”，是由海水中的刺激隱核蟲引起的寄生蟲疾病。由于海水養(yǎng)殖環(huán)境具有開放性特征，很難杜絕刺激隱核蟲對(duì)養(yǎng)殖魚類的感染。

同時(shí)，為了飼養(yǎng)方便，大黃魚大都養(yǎng)殖在封閉、換水條件不好的內(nèi)灣。“加上人工養(yǎng)殖密度較高，很容易產(chǎn)生病害問(wèn)題?！毙禊i說(shuō)。

怎么辦？

給大黃魚喂藥？不太好。抗生素吃進(jìn)魚肚子里，一不小心就會(huì)出現(xiàn)藥殘超標(biāo)問(wèn)題。這魚一旦進(jìn)了人的肚子，則對(duì)人體健康不利。

在感染的魚群中，挑出存活的大黃魚進(jìn)一步繁殖？有風(fēng)險(xiǎn)。感染后存活下來(lái)的大黃魚并不天然具有抗病性；相反，它還可能成為攜帶者，在接下來(lái)的選育中傳染給整個(gè)魚群。

徐鵬選擇換一種解決思路：用全基因組選育的方法，先給大黃魚“出題”，再用芯片選出大黃魚里的“優(yōu)等生”。

找出大黃魚群里的“優(yōu)等生”

給大黃魚“出題”，也就是對(duì)大黃魚進(jìn)行人工感染。這是他們育種工作的第一步。

“就像考試。有的考生能考高分，有的卻會(huì)掛科。”可在大黃魚群的里，是否也存在具有不同抗病能力的“學(xué)生”呢？

徐鵬團(tuán)隊(duì)收集并孵化出了“白點(diǎn)病”的感染源——刺激隱核蟲的幼蟲。這些幼蟲，正是他們給大黃魚出的“考題”。

徐鵬團(tuán)隊(duì)對(duì)大黃魚進(jìn)行人工感染

在寧德的大黃魚育種基地，徐鵬團(tuán)隊(duì)用這些寄生蟲對(duì)健康的大黃魚進(jìn)行人工感染。人工感染后的結(jié)果顯示，在大黃魚養(yǎng)殖群體的內(nèi)部，確實(shí)存在對(duì)刺激隱核蟲感染抗性的個(gè)體差異和多態(tài)性。

也就是說(shuō)，確實(shí)存在“成績(jī)好”的大黃魚，它們沒(méi)有被感染或者感染程度較低；而那些被嚴(yán)重感染的大黃魚，則在此次考試中“掛了科”。這些“成績(jī)好”的大黃魚，正是徐鵬及其團(tuán)隊(duì)所要尋找的“優(yōu)等生”。

可是，又該如何在不感染魚群的情況下，直接找出大黃魚里的“優(yōu)等生”呢？

從2016年開始，徐鵬教授團(tuán)隊(duì)與寧德富發(fā)水產(chǎn)有限公司開展產(chǎn)學(xué)合作，依托大黃魚育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，聯(lián)合開發(fā)了“寧芯”系列育種芯片。

“寧芯”系列芯片

由二氧化硅制作而成的小小的芯片上，分布著幾十萬(wàn)個(gè)DNA探針。將從魚鰭中提取的DNA放在芯片上檢測(cè)，就能快速準(zhǔn)確地獲取大黃魚幾十萬(wàn)個(gè)基因位點(diǎn)的信息?！斑@些基因位點(diǎn)，就是抗性大黃魚的‘遺傳密碼’?！?/p>

芯片的開發(fā)，能夠幫助團(tuán)隊(duì)進(jìn)行大黃魚海量基因型的準(zhǔn)確鑒定，進(jìn)而在超級(jí)計(jì)算機(jī)上對(duì)隱藏在大黃魚DNA中的“遺傳密碼”與它們的“考試成績(jī)”建立關(guān)聯(lián)——這大大提高了大黃魚抗“白點(diǎn)病”新品系選育工作的準(zhǔn)確性和效率。

借助于超級(jí)計(jì)算機(jī)和育種算法，大黃魚“優(yōu)等生”的秘密終于被揭曉。

“產(chǎn)業(yè)有需求，科學(xué)家有響應(yīng)！”

2018年12月7日，徐鵬課題組和大黃魚育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的工作人員一起，進(jìn)行抗“白點(diǎn)病”大黃魚選育系的表型測(cè)量和篩選工作。

根據(jù)事先獲得的“遺傳密碼”，他們將在此次工作中，直接篩選出具有抗“白點(diǎn)病”能力的大黃魚親魚，繁殖抗病后代。

徐鵬團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行大黃魚選育測(cè)量工作

八個(gè)月后，他們驗(yàn)證了利用基因組選擇育種獲得的選育后代的抗蟲性能。與感染“白點(diǎn)病”而奄奄一息的對(duì)照系大黃魚相比，他們利用基因組信息選育的抗病大黃魚后代依舊充滿活力。

從抗蟲性狀測(cè)評(píng)中可看出，抗蟲選育系的后代存活率顯著提升35.57%。

抗蟲性狀測(cè)評(píng)現(xiàn)場(chǎng)

這也意味著，此前通過(guò)全基因組選育技術(shù)篩選抗病大黃魚的努力，收獲了階段性成功，大黃魚抗“白點(diǎn)病”新品系“寧抗1號(hào)”誕生！

“產(chǎn)業(yè)有需求，科學(xué)家有響應(yīng)。”這句徐鵬常掛在嘴邊的話，督促著他和他的團(tuán)隊(duì)不斷前行。

6年來(lái)，在徐鵬團(tuán)隊(duì)的共同努力下，“寧芯”系列芯片已研發(fā)出第三代液體芯片，在降低芯片制作成本的同時(shí)大大提高了基因檢測(cè)的效率，并推廣至全國(guó)9家大黃魚育種單位應(yīng)用。

大黃魚液相芯片“寧芯3號(hào)”

同時(shí)，第三代“寧抗1號(hào)”大黃魚在養(yǎng)殖戶開放海區(qū)的養(yǎng)殖效果也十分喜人。相比未經(jīng)選育的普通大黃魚而言，新品系的成活率相對(duì)提升了85%。

徐鵬團(tuán)隊(duì)同養(yǎng)殖戶了解“寧抗1號(hào)”大黃魚養(yǎng)殖情況

徐鵬團(tuán)隊(duì)探索的腳步并未停下。通過(guò)人工智能反映大黃魚的抗性、借“跑步機(jī)”選育“運(yùn)動(dòng)健將”級(jí)別的大黃魚、用植物蛋白讓大黃魚“改吃素”……這些研究，都切實(shí)回應(yīng)了現(xiàn)實(shí)需求，力圖解決大黃魚養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)遇到的實(shí)際問(wèn)題。

“明年全部養(yǎng)你們的苗！”面對(duì)徐鵬團(tuán)隊(duì)的成員，養(yǎng)殖戶俞大姐說(shuō)。對(duì)徐鵬來(lái)說(shuō)，與各行各業(yè)的科研工作者一起努力，保障產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，是他一直堅(jiān)持的事。

來(lái)源：廈門大學(xué)

編輯：陳娥

審核：劉寧芬 周邦在