水产抗病抗逆理论的实践之路

文/本刊记者杨阳

浮标下为养殖的各种贝类（资料图）

我国是世界第一水产养殖大国。 2019 年,我国水产养殖总产量已经超过5000 万吨, 为增加城乡居民优质动物蛋白供应、保障我国食物安全和促进全球水产品有效供给作出了重要贡献。

随着水产养殖技术的发展和市场需求的增多，养殖密度不断增加，养殖水质环境不断恶化，水产养殖生物的病害随之发生， 出现水产产量下降、质量降低等现象。 这些问题的出现与养殖环境、养殖密度、养殖模式及自然气候等都有关系，培育抗逆能力强的水产养殖生物品种是解决这些问题的重要途径之一。

一直以来，国内关于水产养殖生物的育种研究主要集中在生长性状方面，在抗病抗逆育种研究方面，除鱼类抗病抗逆育种研究较多外，其他种类如虾蟹、贝类、藻类、棘皮类等水产养殖生物的抗病抗逆性状的研究相对较少。 因此，开展水产养殖生物抗病抗逆的遗传基础与调控机制研究、加快培育抗病抗逆能力强的水产养殖生物新品种迫在眉睫。国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项“重要水产养殖生物抗病和抗逆性状的遗传基础与调控机制”项目（以下简称“项目”）聚焦制约水产养殖产业绿色发展的核心问题，瞄准重要水产养殖生物的关键抗性因素，从鱼、虾蟹、贝、藻、参等不同养殖生物抗性性状形成的遗传基础、调控机制及关联机理等三个层面开展研究，实现了关键物种抗性机制的理论突破，建立了抗性基因的细胞功能验证平台与技术，培育出罗非鱼“壮罗1 号”、暗纹东方鲀“中洋1 号”、耐高温牡蛎、抗病镜鲤等新品种（系），有力推动了我国水产种业的发展。

全产业链视角，“抗病”从理论走向实践

罗非鱼具有生长快、产量高、食性杂等特点，是联合国粮农组织推荐的世界性优良养殖鱼种之一。但随着养殖规模的扩大、养殖环境的恶化，罗非鱼链球菌病频繁爆发， 其中无乳链球菌是当前的首要病原。 无乳链球菌病每年造成的经济损失达50 亿元，已成为罗非鱼养殖过程中的“恶魔”。 目前主要通过投喂抗生素类药物来防控该病， 但这会引起环境污染、药物残留和鱼品质下降等一系列严重后果。

因此，培育出抗病新品种成为突破罗非鱼产业发展瓶颈的重要保障。

“我们的项目属于应用基础研究， 重点需要解析产业中面临的抗病抗逆基础理论， 在此基础上，要将理论研究的成果应用到生产实践中去。 ”项目负责人、中国水产科学院黄海研究所研究员邵长伟对记者说道，“我们从全产业链角度出发，实现了抗病理论、育种技术到新品种的贯通。 以‘壮罗1 号’为例，这一抗病新品种的培育为鱼类抗病新品种创制树立了典范，也为解决罗非鱼养殖过程中无乳链球菌病害问题提供了解决方案。 ”

项目在重要水产养殖生物抗病与抗逆性状的遗传基础与调控机制研究基础上，研发出抗病基因组选择育种、 基于靶向测序的高通量抗性基因筛选、 坛紫菜丝状体黄斑病的噬菌体疗法等技术，并成功应用于水产养殖生物抗性育种实践。

罗非鱼“壮罗1号”亲本（图片提供：朱佳杰）

项目组成员朱佳杰研发团队通过构建吉富罗非鱼家系， 开展人工腹腔注射感染无乳链球菌，记录各家系鱼的死亡时间和存活率等表型信息，比较了抗病与易感个体间免疫基因的甲基化和mRNA水平的差异，首次发现免疫相关基因启动子的甲基化水平能抑制mRNA 的表达， 从而影响到个体的抗病力，揭示了罗非鱼抗病性状的表观遗传调控机制，为罗非鱼抗病育种提供了理论依据。同时，利用基因组重测序技术获得不同个体的基因型信息，进而创建了罗非鱼抗细菌性病全基因组选择育种技术，发明了一种罗非鱼抗无乳链球菌病优良品系的选育方法， 实现了抗病性状和生长性状的同步选育。 利用该选育方法，经连续4 代选育后育成了国审新品种——罗非鱼“壮罗1 号”。

在相同养殖条件下， 与普通吉富罗非鱼相比，罗非鱼“壮罗1 号”抗无乳链球菌侵染能力平均提高25.57%，养殖成活率平均提高19.19%，生长速度平均提高12.06%，适宜在广西、广东、海南和云南等省区人工可控的淡水水体中养殖。

近三年， 在我国罗非鱼主产区广西、 广东、海南、云南，以及越南和老挝等东盟国家已累计推广罗非鱼“壮罗1 号”苗种1.5 亿尾，养殖面积达6 万多亩，取得了显著的经济和社会效益。“壮罗1 号”罗非鱼新品种的推广应用有力促进罗非鱼养殖业绿色高质量发展，为助力乡村产业振兴和渔民增收奠定了坚实的基础，对我国淡水鱼养殖业的提质增效和可持续发展也有一定的借鉴作用。

项目贝类抗逆课题团队查看养殖区牡蛎的生长情况（图片提供：黎奥）

耐高温牡蛎，“抗逆”理论紧密结合产业需求

牡蛎是世界第一大养殖贝类，也是我国传统的大宗养殖贝类， 我国牡蛎产量占国际牡蛎产量的70%以上。牡蛎是人类可利用的重要海洋生物资源之一，为全球性分布种类。牡蛎不仅肉鲜味美、营养丰富,而且具有独特的保健功能和药用价值，是一种营养价值很高的海产珍品，牡蛎的含锌量居人类食物之首。

乳山，中国牡蛎之乡。乳山牡蛎生长海域、盐度适中，水质肥沃，饵料丰富，达到国家一级养殖水质标准。 得天独厚的自然条件，塑造了乳山牡蛎独一无二的品质，即具有个体较大、肥满度高、肉质爽滑、味道鲜美等特点。但每年5 月到9 月，乳山等主产区基本没有牡蛎成品上市。

除了夏季繁殖期的牡蛎因产卵“喷浆”导致肉质萎缩、口感下降等因素以外，由于牡蛎不耐高温，在夏季的批量死亡造成乳山等牡蛎主产区夏季少养牡蛎或不养牡蛎的局面。

牡蛎等贝类的夏季大规模死亡是制约产业发展的主要挑战之一， 仅2017 年牡蛎规模死亡造成的经济损失达36 亿元。 导致牡蛎等贝类大规模死亡的原因比较复杂，但环境持续高温或温度骤变是造成牡蛎等海洋水产动物大规模死亡的重要胁迫因子，研究牡蛎高温耐受分子机制并对其遗传改良是解决其大规模死亡产业难题的重要技术途径。因此，对牡蛎温度适应性和热耐受性机制的研究成为培育高温抗性新品种的迫切需要。

水产动物高温抗性性状是复杂性状，增加了遗传解析与育种应用的复杂度以及难度。项目相关研发团队在对抗性表型进行深入遗传解析的基础上，挖掘HSP 等高温抗性关键基因及其调控元件，建立高温耐受分子模块化育种技术，结合急性高温应激选择，育成了高温耐受新品系。 不仅为培育耐高温新品种进而解决牡蛎夏季大规模死亡等产业难题奠定了基础，同时也为抗逆新品种的培育提供了新途径。

（图片提供：李莉）

“我认为基础理论研发需要和产业研发联动， 我们做理论研究要瞄准产业发展的核心问题。 ”项目贝类抗逆课题负责人、中国科学院海洋研究所研究员李莉对记者说，“生产实践是检验实验室成果的重要标准，研发的新品种、新技术适不适合生产，就要把新品种、新技术推广到生产实践中，看养殖户的口碑。 只有养殖户打心底认可的新品种、新技术，才能算得上真正的好品种、好技术。 ”

瞄准牡蛎夏季耐高温这一抗逆性需求， 项目相关研发团队从表型组和基因组层面揭示选育群体和对照群体的差异， 进而建立耐牡蛎高温新品系的培育路径。在表型组层面，建立了牡蛎半致死温度、呼吸代谢率、心率以及无氧代谢产物等应对高温胁迫的主要抗性指标评价体系； 在基因组层面， 阐明了抗性群体与对照群体的基因组结构以及基因表达的表观调控差异。

“我们在乳山开展了中试养殖， 根据养殖位置、海水深浅等因素不同设置了5 个测试点。经过测试， 一些测试点的该新品系的综合抗性能力甚至比实验室内的表现还要强， 在局部规模死亡爆发的测试海区渡夏存活率提升达到了200%。 ”李莉对记者说。

目前， 这一耐热性牡蛎行品系已培育至第四代，并在牡蛎主养区乳山进行现中试养殖，规模超过5000 亩。 通过耐高温品系性能评估发现，其室内抗存活率实验其抗性能力提升了24.2%， 海区渡夏存活率提升30～200%。

“养殖户的选择对于我们的研究来说是最好的肯定。”李莉对记者说，“我们中试养殖过程中的一些养殖户在养殖这个新品系后，获得了收益，我们再去测试点时都很热情。 解决生产一线的实际问题，‘将论文写在大地上’， 让养殖户得到实惠，这是我们科研成果价值的重要体现。 ”

这一牡蛎新品系与目前前沿种业的三倍体牡蛎相结合，提高了牡蛎夏季养殖成活率，解决了牡蛎养殖在夏季大规模死亡的产业难题， 有效填补牡蛎销售市场夏季空窗期， 实现了优质牡蛎的全年生产，开创了牡蛎养殖产业的新业态，极大地促进养殖户增产增收。