▲6个月大→的无肌间刺武昌鱼,重ੜ2ⓤ50克。
■本ਫ਼−报记者 θ赵广立
吃鱼被鱼刺卡喉,是众多食客的切肤之痛。但不巧的是,我国主养鱼类如青、草、鲢、鳙、鲤、鲫、鲂,都存在一定数量的肌间刺,即布于鱼背、鱼尾ળ等处恼人的“小ⓓ刺ⓥ”。
这些鱼能不能不长小刺?这“在以前,是天方夜谭。但œ现在,这个“无理要求”有望成为现Āe;实。
华中农业大学水产学院教授高泽霞团队,成功培育出无肌间刺斑马鱼。相关研究成果近日发表于《国家科学评论》(英文版⊥)。此外,该研究团队通过敲除决定鱼类肌间刺形成的关键基因,成⊇功培育φ出了无肌间刺的武昌鱼。
这些创新性成果的背后,是高泽霞团队历时10年之久的求索。自开 展ℜ无小刺鱼研究以来,团队从2012年到2021年,仅拿到4项共计170万元的经费支持,加上2021年刚获批的一个250万元的项目,前后也仅有420万元经费支撑。
靠有限的经费资助,Π高泽霞团队是怎样一步步做出这项原始创新成果的?这一切要从10年前说起¿。d3;
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鱼刺ઝ卡喉˜之痛
2010年6月,高泽霞从华中农业大学毕业,获得农学博士学位。那时,她所在的团队主要关注武昌鱼的生长、抗病和耐低氧性状。渐渐地,高泽霞觉得“让武昌鱼长快一点”、长大一点”“抗病能力和耐低氧能力强一点”,有点“不过瘾”。
“长得快、抗病、耐低氧ⓦ的问题解决之后,武昌鱼的价格还是抬不上来。为啥π?鱼刺多!”她告诉《中国科学报》,肌间刺的存在严重影响了鱼类的食用和加工࠹价值。
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于是她开始查文献,发现之前也有学者关注过这个问题≈,但并未深入研究。
理论上讲,如果能找到肌间刺形成的主控基因,是ο可以通过基因编辑技术实现不让武昌鱼长出肌间刺的。但更重要的问题是,不长ઽ肌间刺的武昌鱼能否正੨常生长。
高泽霞想到,在鱼▩类进化过程中,有的鱼类小刺变软退化,鲈形目ⓠ的鲈鱼、鲇形目的黄颡鱼等甚至没有肌间小刺……她觉得,此前的构想Ρ值得一试。
中科院水生生物研í究所研究员徐旭东告诉《中国科学报》,在鱼类演化史上,小刺经历了逐渐增多、形态趋向复杂§,之后又逐渐减少∇、消失的过程。他说,低等真骨鱼类如鲱形目、鲤形目,小刺较多,而较高等的鲈形目小刺则完全消失。但被国人选中的主养鱼种刺很多,因为那些无小刺鱼类一般养殖成本较高,或者“娇气不好养”,在产量上难以与常见的七大主养鱼相匹敌。
除了产业价值,这项研究背后也有科学ઙ价值。高泽霞表示:“我们的ઍ父母长辈包括我自己都有腰椎间盘突出问题,研究肌间刺还跟骨质增生(俗称骨刺)有点关系。”综合因素下,她决定瞄准鱼类的肌间刺ⓠ剔除一探究竟。
∇理想很美,但真做起来的时候她ਬ才发现,•无从下手。
“没人告诉你该◘怎样开展这项工作。查阅生物信息数据库,也没多少肌间刺相关的遗传资源,大都是表型方面的,比如肌间刺什么时候长、骨化顺序ì如何等。”高泽霞说,“这也是当时为什么这类项目很难申请到经费的原因——没有研究基础、没有预期结果,确实让人很ી难办。”
不过,探索的种子已经在心里扎了૧根,高泽霞坚持要试一试。没有正式项目支持,就借着实验室研究武昌鱼的◈便利,先从基础工作慢慢做起૮。
će;“♣挑刺儿”是个技术υ活
高泽霞是从最基÷本的形态学开始做起的,再设法构建肌间刺的遗传资源,找到肌间刺形成到底是哪些基因表达φ在发挥作用×,哪个或哪几个基因是关键基因。
“要想½知道ઠ梨子的味道,就得亲口尝一尝ੋ。”对于问题的答案,高泽霞决定把它们一个个“挑”出来。
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这◑个“挑”,是“挑刺儿”的“â挑”。
一条性成熟的武昌鱼约有120多根肌间小刺(注:存在个体差异,普遍数量为84~146根),每根小刺都刺入⊗肌“肉组织内部,且周围有结缔૯组织粘连。高泽霞要做的,就是要把这120多根肌间刺从鱼身上挑出来,提取高质量的转录组RNA,进而探究肌间刺发生与基因表达之间的关系。
这是个有难度的技术活儿。要挑刺儿,首先就得知道这120多根肌间刺都分布在哪里ⓗ,接着要从被麻醉的活鱼身上,把这些跟结缔组织粘连的肌间刺干净利落地拔起;拔出后,还要迅速除掉外周的肌肉组织,赶在ⓦRNA降解之前放进液氮中研磨,使骨组织充分分解,进而提取高质量RNA。
高泽霞☞带着学生ë一挑就是3个月。3个月后,她的眼睛看哪儿ઘ都像有根刺。
这套“挑刺”程序也改进了提取RNA的方法,实现了世界બ上第一次全面鱼刺基因表达,高泽霞据此申请了鱼刺研究的第一个"国家专利。她告诉《中国科学报》,从那之后,高质量地挑刺、拔刺,成了课题组每个学生必备技能之一。
通过对武昌鱼肌间刺发生、发育不同时期的转录组、mRNA组、蛋白组等多组学分析,加之对比肌间刺组织与其他骨骼组织的基因、蛋白表达的差异,高泽霞研究团队逐步弄清了‘调控武昌鱼肌间刺生长发育的基因作用,બ并筛选、鉴‾定了一批(约60个)关键候选基因。
调控肌间刺发育的主效基因就藏在这些候选基因中。换言之,只要找对υ了关键基因,就可以通过基因编辑技术,逐੫步构建无肌间刺的武昌鱼。
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૨“¡完全没有肌间刺,才有意义”
候选基因在手,高泽霞带领团队开始用模式鱼类——斑马鱼来筛选主导鱼类肌间刺发生发育的关键基因。鲤形目的斑马鱼,性࠹成熟只需3个月,用它来做基因筛选,能够尽快看到敲除掉不同৻基因后鱼的“长刺表现”。
对ઢ60多个基因逐个排除、验证,找è到关键主效基因,ˆ工作量巨大,花了四五年时间。
其间,研究团队也有一些动摇:培育一些少刺鱼是不是也可行呢?毕竟少刺也比多刺强。这样是不ÿ是也可以算作>改良育种?但思忖再三,高泽霞觉得还要继续找下去。
“只做一半算怎么回事儿?”她对《中国科学报ƿ》说,无论是对消费者还是对养殖业而言,“Φ完全没有肌间刺,才有意义”。
这几年里,高泽霞扛住了许多压力。比如,她的学生用无小刺鱼的研究ⓜ方向开题时,有生态等领域的评审专家☺直ਪ接在开题报告答辩会上“劝退”。
“越是有质&#ffe1;疑的Σ声音,我越有ćf;动力。”高泽霞说。
2015年,徐旭东以全国政协委员、水生生物专家的身份,在科学网博Ó客发表题为《中国应培育无小刺主养鱼》的博文,ਲ਼作为他建言相关部门设立“原始创新基金”和“原始创新计划”的生动◙案例。
文章中,ખ徐旭东提到“中国科学家应当拿出当年Ξ攻关杂交水稻制种技术的智慧和勇"气培育无小刺主养鱼品种”,他觉得“在中国人的食谱中,动物性蛋白营养有1/3来自鱼类”,因此这个动议“并非小题大做”。
高泽霞与徐旭东素未ς谋面,但得此文如遇知੧音,也坚定了她研▦究无小刺鱼的决心。
我国鱼类遗传育种与发育生物学领域知名专家、中国科学院院士桂建芳对她带领团队做肌间ë刺工作♪也非常支持,并在研究જ思路、实验具体方案方面提供了很多指导。这让高泽霞很是感动。
“无小刺鱼ⓟ”的故事未完→待续õ
从60多∀个候选基因中,高泽霞团队先后发现了3个基因在不同程度上调控了鱼类肌间刺的发生发育。最终他们确定runx2b基因缺失ૠ会导致突变斑马鱼肌间刺完全缺失,且其≠个体生长、其他骨骼单元形成、肌肉脂肪酸和氨基酸含量等性状均未受到显著影响。
“▒真的一ćb;根肌间刺都没有!当时我们都不敢相信这是真的。”高泽霞难以描É述当时的心情。
在模式鱼类上告捷,高泽霞马⌈不停蹄地带⊥队在武昌鱼身上看效果ⓟ。这一步也非常关键。
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当敲除runx2b基因的武昌鱼鱼苗被培育出来、经过“长刺期”,观察到ð确实没有肌间刺之后,高泽霞内心的☻激动久久不能平复。
故事到这里还没ઠ讲ℜ完。
高泽霞告诉《中国科学报》,成果被报道后,许多人找她投资,声称要建厂、开c8;公司。对此,高泽霞特别强调并声明:“无肌间刺武昌鱼的生产性推广,一定要经过严格的试验性养殖 评估。对每一代无肌间刺武昌鱼的生长、肉质等指标也都需要进行细致评估,并且需国家层面有关基因编辑培育新品种的制度建立和颁⌋布实施之后,才能考虑进行生产性推广。”
“无小刺鱼相关的评估工作我们目前正在开展,另外«,我们与国内多个团队合作开展了草鱼、银鲫、鲢等重要养殖鱼类的鱼刺形成主效调控基因∠敲除实ąc;验,也取得了一些进展。”高泽霞说。
“我们今年共获得了300多条完全没有肌间刺的武昌鱼。”这个数²字让她有点骄傲。这些鱼是团队取得ઞ突破性成果的证明,而这些鱼,也足够他们开ੌ展接下来的工作了。
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相±关Ø论文信息:
https://⊥doi.org/10.1ⓞ093◐/nsr/nwac152
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