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科技先鋒|陳松林:水產「行家裡手」

科技先鋒|陳松林:水產「行家裡手」

近30年來,魚類養殖業取得了巨大成就,但也一直存在著魚類種質退化、資源減少、缺乏種質保存技術、病害頻發、缺乏基因資源和抗病高產良種等問題,嚴重影響了魚類養殖業的可持續發展。

為探尋這些問題的解決之道,30多年來,水產科學研究院黃海水產研究所研究員陳松林始終奮戰在水產科研第一線。

魚類「精子銀行」建設的先行者

大學畢業后的陳松林進入水產科學研究院長江水產研究所進行魚類生殖生理和繁殖技術研究,主要參與國家科技攻關項目「淡水魚類精子冷凍保存技術」的研究。他作為骨幹力量完成了對淡水鯉科魚類精液冷凍保存和精子庫建立的課題研究;研製出主要鯉科魚類精子冷凍稀釋液,創新了冷凍保存方法,建立了第一座魚類「精子銀行」。

2000年,陳松林完成在德國3年的學者訪問和合作研究后,來到黃海水產研究所工作,將淡水魚類精子冷凍保存技術應用到海水魚類研究上,並成功建立了花鱸、大菱鮃和半滑舌鰨等10多種海水魚類精子冷凍保存技術和「精子銀行」。

在此期間,陳松林還在國內率先開展了魚類胚胎幹細胞培養的研究,建立了花鱸、真鯛等魚類胚胎幹細胞系,以及牙鮃、大菱鮃、半滑舌鰨等10多種海水養殖魚類胚胎和組織細胞系,共計25個,成為建立魚類細胞系最多的實驗室。

2006年,以海水淡水魚類精子和胚胎冷凍保存及細胞系建立等為重要內容建立的魚類種質低溫冷凍保存技術的應用成果,榮獲國家技術發明獎二等獎,陳松林為第一完成人。迄今,魚類精子冷凍保存和細胞培養技術已廣泛應用在全國各地的魚類精子冷凍保存和精子、細胞庫建設中,推動了魚類種質保存和細胞培養的研究進程。

水產科學高峰的探路人

脊椎動物性染色體的起源和進化以及性別決定機制一直是生物學界的研究熱點,半滑舌鰨的雌性比雄性大2~4倍,是目前發現的雌雄生長差異最大的魚類之一。為什麼雄魚長不大?是否存在雄性決定基因?雄魚比例為何還高達80%?帶著這些問題,陳松林及其團隊開展了對半滑舌鰨雌魚和雄魚全基因組的測序和精細圖譜的繪製。

在工程院院士唐啟升的支持和推動下,以陳松林牽頭,聯合深圳華大基因研究院和德國Wuerzburg大學在經過4年多的聯合攻關下,完成了國際上第一種比目魚類——半滑舌鰨全基因組解析。

陳松林團隊通過對雌雄魚基因組序列的比對,發現了性別連鎖微衛星標記,採用這個標記發現半滑舌鰨養殖苗種中存在少數遺傳上雌性、表型上為雄性的偽雄魚(在人工養殖條件下有少量遺傳雌魚會性反轉為生理雄魚—即偽雄魚)。通過對偽雄魚家系和正常雄魚家系後代遺傳性別和生理性別比例的比較,陳松林團隊發現偽雄魚後代中95%的魚為雄魚,表明偽雄魚的後代更容易變成偽雄魚。陳松林團隊通過全基因組甲基化分析發現偽雄魚後代繼承了偽雄魚的甲基化模式,揭示了性逆轉的表觀遺傳調控機制,闡明了養殖苗種中雄魚高比例的奧秘和形成機制;進一步發現dmrt1基因是半滑舌鰨Z染色體連鎖、精巢特異表達的雄性決定基因;建立了半滑舌鰨基因組編輯技術,採用該技術將雄性決定基因敲除來提高雄魚的生長速率,以此接近雌魚的大小。

為了研究牙鮃體型不對稱的分子機制,陳松林帶領研究團隊通過與上海海洋大學教授鮑寶龍的合作,開展了牙鮃全基因組測序與組裝。他們發現了一些與變態發育相關的基因在有眼側和無眼側的表達上存在明顯差異,系統揭示了甲狀腺激素和視黃酸信號通路在比目魚眼睛移動過程中的拮抗作用;發現視蛋白在魚類皮膚中也有表達,揭示出形成比目魚體色左右不對稱的分子機制。這項發現不僅為達爾文進化論有關不對稱的進化起源提供了新的註解,同時也為理解脊椎動物形態發育提供了新的線索。

成果服務產業的執行者

儘管半滑舌鰨人工繁殖和苗種規模化培育已經成功,但半滑舌鰨雌、雄個體生長差異巨大,雄魚的緩慢生長和高比例達70%~90%的問題嚴重限制了半滑舌鰨苗種的推廣和養殖產業的發展。產業的需求就是科研人的研究方向,漁民的難題就是科研人的研究課題。

在研究初期,繼陳松林團隊發現偽雄魚后,通過對半滑舌鰨雌、雄魚全基因組的測序和比對,團隊又篩選到半滑舌鰨性別連鎖微衛星標記,發明了遺傳性別鑒定的分子技術,建立了高雌性苗種制種技術,將苗種的生理雌魚比例提高了20%左右,比原來翻了一倍,將養殖產量提高了20%以上。

同時,陳松林團隊還率先突破了半滑舌鰨人工雌核發育技術難關,發展了人工催產和雌核發育誘導等技術方法,為性別控制和單性育種提供了技術手段。他一邊進行創新性研究、一邊進行成果推廣應用。近幾年來,他們的技術發明在全國沿海地區半滑舌鰨養殖場進行了產業化推廣應用,產生了40多億元的經濟和社會效益。

牙鮃是另一種重要海水養殖魚類,其養殖業年產值達20多億元。針對牙鮃存在生長較慢、病害嚴重及缺乏高產、抗病優良品種等問題,陳松林主持開展了牙鮃高產抗病分子育種技術的研究,通過雜交和家系選育培育出鮃鰈魚類首個新品種——「鮃優1號」快速生長牙鮃,其生長速度比普通牙鮃提高20%以上、成活率提高20%,現已在山東、福建和天津等沿海省市實現了產業化養殖,產生了重大的經濟和社會效益。

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