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王俊杰开展草鱼生殖细胞移植研究,国内淡水鱼有望“借腹生子”

海洋与渔业杂志2020-10-11 10:16:03

2014年,珠江水产研究所草鱼研究团队从日本东京海洋大学引进一名博士后开展草鱼生殖细胞移植研究,拟将草鱼的生殖细胞移植到生殖周期短的鱼类,探索缩短草鱼繁殖周期、加快新品种培育进程的可行性。她,便是王俊杰。

王俊杰,中国水产科学研究院珠江水产研所副研究员,曾留学日本6年,日本长崎大学博士,日本东京海洋大学博士后。

 

鱼也可“借腹生子”?这不是开玩笑,而是确有其事。近日,《海洋与渔业》记者采访了珠江水产研究所副研究员王俊杰,为您揭开鱼类“借腹生子”的神秘面纱。

“采用杂交等传统的育种方法,对繁殖周期长或者资源稀缺型鱼类的产业发展非常不利。”王俊杰告诉记者,由她领衔的科研团队正在实施一项科研项目——在国内首次运用借腹生子技术(即鱼类生殖细胞移植技术),开展鱼类的优化育种,对稀缺型鱼类进行资源保护。据悉,此项技术有望率先在淡水鱼育种中得到应用。

鱼类“借腹生子”育种技术

所谓的鱼类“借腹生子”,其实是一个通俗讲法,是为了让公众更加形象地认知这一生物技术。据王俊杰介绍,学术上该技术也被称为代理亲鱼技术,它的核心技术为鱼类生殖干细胞移植。鱼类生殖干细胞移植技术作为细胞工程育种的一个分支,近年来是该领域的国际热点之一。相比哺乳动物,干细胞移植技术的研究在水产动物中发展较为缓慢,且相较于国外,国内研究仍为空白。

鱼类生殖干细胞移植,即通过显微注射的方法,将供体鱼的生殖干细胞注射到宿主鱼的腹腔中,移植后的细胞通过伪足迁移至生殖腺中进行发育,进而形成生殖细胞。而最终移植成功后,宿主中的卵子和精子的产生是由宿主决定的。经过实验探索发现,精原细胞A型是最有利的干细胞移植时期。

据王俊杰介绍,鱼类“借腹生子”技术中的显微注射和后期的精、卵子的来源鉴定技术是两项很关键的技术。显微注射时需注意两点:一,由于成鱼阶段组织间排斥性过强,不易成功,所以宿主须处于仔鱼阶段;二,注射时宜直接将干细胞注入宿主腹腔而非局限于生殖腺,这样可大大降低操作难度,且增强了精原细胞在宿主中的适应能力,提高成活率。鱼类“借腹生子”技术成功与否的判定标准,是看宿主最终产生的精子、卵子是否由供主提供。而此项鉴定技术,借鉴了当今人类的亲子鉴定技术,现已采用微卫星标记代替转绿色蛋白vasa基因,根据其能够在细胞中进行特异性表达来进行检测,可以鉴别子一代与宿主或供体的匹配程度,最终鉴定“借腹生子”成功与否。

产生子一代过程

干细胞移植过程

淡水鱼有望率先“借腹生子”

“借腹生子”在生产实践中具体有哪些应用呢?王俊杰告诉记者,目前该项技术广泛用于濒危物种保护和鱼类基因资源的贮存。据悉,借腹生子技术最初被提出是为了保护濒危的太平洋蓝鳍金枪鱼。当初设想,是否可以用体型较小、生殖周期短、易养殖的青花鱼来生产蓝鳍金枪鱼的仔鱼。尽管该项目仍处于研究实施阶段,但其核心技术已经成功地在提高牙鲆多样性中得到应用。将具有不同优良性状的供体牙鲆的生殖干细胞移植入同一宿主体内,宿主产生的精子、卵子进行交配后发育成新的仔鱼,这些具有供体优良性状的仔鱼长大后被放流,增加了自然界牙鲆物种的多样性。

王俊杰告诉记者,接下来的重点研究方向,是利用宿主鱼的优势繁育所需的供体子一代苗种,即利用体型小的代理亲本生产体型大的供体鱼子一代、性成熟周期短的代理亲本生产性成熟周期长的供体鱼子一代、性控育种(生产全雄鱼)等。

草鱼作为我国养殖淡水四大家鱼之一,其产量在淡水养殖鱼类中一直居于前列,是我国淡水渔业中最重要的养殖品种之一。“虽然近年为了加快育种进程采用了分子标记辅助育种,但是由于草鱼的性成熟周期长,其性腺成熟需要4~5年,选育一个新品种需要大约20年,因此迄今仍未选育出真正意义上的良种。性成熟周期长严重制约了草鱼良种的选育。”王俊杰所在科研小组已成功申请了水科院及农业部的科研项目,开展草鱼精原细胞的研究,为精原细胞移植技术在缩短草鱼性成熟周期的发展作出探索。提取不同年龄(1龄草鱼及2龄草鱼)的草鱼精原细胞,分别进行种内和种间移植。种内移植以金草鱼为宿主,移植不同浓度草鱼生殖细胞到金草鱼的仔鱼中。种间移值则以赤眼鳟为宿主,移植草鱼精原细胞到赤眼鳟的仔鱼中。

“此次研究,通过草鱼种内、种间精原细胞的移植与研发,可在国内首次建立鱼类精原细胞移植技术研究平台。”王俊杰告诉记者,该技术可以将生殖周期长,繁育困难的鱼类品种的生殖细胞移植到生殖周期短,繁育容易的代理亲本的体内,从而缩短供体鱼类的性成熟周期,加速育种进程,降低养殖成本,提高养殖效益。

延伸阅读

鱼类生殖干细胞移植技术发展简史

20世纪90年代,生殖细胞移植技术首先在鸡和小鼠中建立。至今在各种类型的动物中包括山羊、绵羊、猪、牛和灵长目动物等都已被广泛应用,但鱼类中应用较少。

2004年,日本东京海洋大学吉崎悟朗率领的研究小组首创鱼类的“借腹生子”技术,实现“隔种”动物原生生殖细胞的首次成功移植,带来水产界生命繁殖史上的历史性革命。此次试验中大批早夭的鱼苗都表现为大马哈鱼与虹鳟鱼的“杂种”特征,且这种混合导致了鱼苗的大量死亡。

2007年,为解决大马哈鱼自身生殖细胞的干扰,进行技术改良,Okutsu等人成功培育出三倍体大马哈鱼,并将虹鳟鱼的生殖细胞注射到其体内,通过荧光标记发现,产生后代100%为虹鳟子一代。巨大的生物学意义及其飞速的研究进展,使生殖细胞日益成为科学研究的热点, 此成果作为特别议题出现在Science杂志2007年4月20日第5823期的封面上。

此外,国外一些主要水产经济鱼类如虹鳟、大马哈鱼、罗非鱼、黄条鰤、黄姑鱼、虎河豚、草河豚、日本鲭等已经进行了种内及种间的移植的研究。Lacerda等进行了尼罗罗非鱼成鱼的生殖细胞的移植,将提取的生殖细胞移植到处理过的不孕不育的成鱼的生殖孔中,也获得了移植成功。2012年Hamazaki等利用性成熟1年的草河豚生产了性成熟周期2~3年的红鳍东方鲀方鲀,获得了成功,用1年的时间得到了红鳍东方鲀的仔鱼。