水产生物技术发展战略研究(中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员 陈松林)

水产生物技术发展战略研究（中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员  陈松林）

陈松林，邵长伟, 徐鹏【摘要】本文从水产养殖生物基因组测序、遗传连锁图谱绘制、重要经济性状相关分子标记/ 基因筛选、基因组编辑、基因组选择以及细胞培养与种质冷冻保存等方面综合介绍了水产生物技术的发展现状，并深入分析了水产生物技术研究中存在的主要问题，诸如基因功能分析平台不完善，抗病与性控育种技术研究滞后，基因组编辑与全基因组选择技术刚刚起步等。同时，围绕上述主要问题，提出了水产生物技术亟待突破的关键技术，并建议“十三五”期间设立重点研究计划专项，深入开展水产动物基因组资源开发与利用、重要经济性状遗传解析以及水产生物信息大数据平台构建等。

【提纲】一、前言二、水产生物技术发展现状（一）水产生物全基因组测序和精细图谱绘制（二）水产养殖生物重要性状相关功能基因发掘（三）水产养殖生物高密度遗传连锁图谱绘制（四）水产养殖生物重要性状相关分子标记筛选与应用（五）全基因组选择技术（六）水产养殖生物基因组编辑技术（七）水产动物细胞培养（八）水产养殖动物种质冷冻保存三、水产生物技术研究中存在的主要问题（一）基因组资源开发进展迅速，但水产养殖动物基因功能分析平台尚

未建立，满足不了基因功能研究的需要（二）水产养殖动物抗病基础研究及抗病分子育种研究投入低、进展慢，满足不了产业发展的需求（三）性别特异分子标记和分子辅助性控技术研究满足不了鱼类养殖业发展的需求（四）基因组选择刚刚起步，离良种选育应用尚有距离四、水产生物技术发展战略与关键技术（一）发展战略（二）关键技术五、水产生物技术发展建议（一）水产养殖生物全基因组结构解析及基因资源的深度挖掘（二）水产养殖生物重要经济性状的遗传解析及分子设计的基础研究（三）重要水产养殖生物经济性状形成的表观遗传与环境调控机制（四）重要水产养殖生物基因信息大数据平台构建及应用

一、前言我国是世界第一大农业生产与消费国，也是世界水产品生产大国，产量连续20 多年居世界首位。“国以农为本、农以种为先”，种业作为现代农业发展的第一产业要素，是确保主要农产品有效供给的重要物质基础，种业科技的不断创新已成为提升养殖业核心竞争力的源泉。近年来，伴随着国家一系列关于“现代种业”“蓝色经济”等战略性指导方针、规划的提出，我国水产种业发展迎来了前所未有的重大机遇。水产生物技术作为水产种业发展的核心技术，涉及到养殖学、遗传学和育种学等多个学科，从群体、个体、细胞到基因等多种水平，从经典技术到组学技术等多种技术，从鱼类、虾

蟹类、贝类到藻类等各类生物，可以说是一个庞大的系统工程。特别是随着基因组技术的发展，以水产基因组技术为核心的水产生物技术在水产良种培育、苗种繁育、种质保存及病害防控等方面展现出巨大的应用潜力和广阔的应用前景。现代水产生物技术的研究内容主要包括水产生物全基因组

解析和基因资源发掘技术，重要经济性状基因鉴定及功能分析技术，基因组编辑、基因组选择和分子设计技术，水产基因工程产品的研制与利用技术，种质分子鉴定、评估与保存技术等。近年来，国内外在水产生物全基因组测序和精细图谱绘制上取得很大进展，获得了海量的基因资源信息，但在重要经济性状功能基因鉴定和应用、基因组编辑和基因组选择、水产动物胚胎批量化保存以及无脊椎动物细胞培养等技术上还存在一些问题，满足不了水产种业和养殖业发展的需要。我国“十三五”及今后相当长一段时间内水产养殖业的可持续发展对水产生物技术具有重大需求，大力发展以水产基因组技术为核心的水产生物技术研发是我国“十三五”期间的重大研究课题。

二、水产生物技术发展现状（略，详见原文链接）三、水产生物技术研究中存在的主要问题（一）基因组资源开发进展迅速，但水产养殖动物基因功能分析平台尚未建立，满足不了基因功能研究的需要近年来我国学者相继完成牡蛎、半滑舌鳎、鲤鱼、草鱼和大黄鱼等的全基因组测序，成

果陆续在《Nature》《Nature Genetics》等顶级期刊上发表。然而，在后基因组时代，重点将是基因功能验证和重要性状的遗传解析。但绝大多数水产养殖动物，我国尚未建立转录激活因子样效应物核酸酶和CRISPR/Cas9 等基因组编辑技术和平台，严重影响了重要性状关键基因的发掘及其在遗传育种和水产养殖业中的应用。（二）水产养殖动物抗病基础研究及抗病分子育种研究投入低、进展慢，满足不了产业发展的需求抗病良种培育是我国水产养殖业提质增效的重要途径。然而由于对水产养殖动物抗病基因的功能及其调控机制的认识不足，限制了水产养殖动物抗病分子育种的研究进程，满足不了水产业对抗病高产良种的需求。（三）性别特异分子标记和分子辅助性控技术研究满足不了鱼类

养殖业发展的需求水产动物中雌雄个体在产量性状方面的性别差异非常普遍，因此性别控制育种和相关性别决定基础研究是水产前沿技术研究的重要内容。尽管目前已经发现半滑舌鳎、黄颡鱼、罗非鱼、圆斑星鲽和条石鲷的性别特异分子标记，并进行了产业化应用，但是，在许多其他水产养殖动物尚未开发出性别特异分子标记，分子性控育种研究也比较滞后。（四）基因组选择刚刚起步，离良种选育应用尚有距离基因组选择将成为今后水产养殖动物育种的重要手段之一，但目前只在少数水产养殖动物上进行了前期研究，距离建立全基因组选择育种技术并在产业中进行应用仍然

有相当距离，需要加大投入，重点突破。

四、水产生物技术发展战略与关键技术（一）发展战略以服务于水产养殖业创新驱动战略，提高现代渔业科技竞争力为主要目标，加快水产生物技术的原始创新研究，围绕水产重要经济物种基因组结构和功能解析、经济性状调控网络、基因组育种技术体系以及种质资源评价与保护，力争在理论方面有重大发现，在关键共性技术方面有所突破，支撑和引领水产种业发展，为建设水产生物技术强国、引领世界水产养殖业发展、实现我国从水产养殖大国向水产养殖强国迈进做出贡献。（二）关键技术1. 水产生物高复杂度基因组的组装和分析技术水产生物高复杂度基因组的组装和分析技术主要包括高杂合度、高重复序列水产生物的全基因组或性染色体基因组拼接、组装及生物信息学分析技术。2. 重要水产养殖动物基因组编辑技术重要水产养殖动物基因组编辑技术主要包括水产养殖动物（鱼、虾、蟹、贝等）基因组编辑（转录激活因子样效应物核酸酶和CRISPR/Cas9）技术以及基因组编辑平台。3. 水产动物重要经济性状关键基因及分子标记筛选与鉴定技术水产动物重要经济性状关键基因及分子标记筛选与鉴定技术包括水产养殖动物生长、抗病、性别决定等重要性状相关分子标记和关键基因的筛选与鉴定技术。4. 水产动物基因组选择和分子设计技术水产动物基因组选择和分子设计技术主要包括水产养殖动物抗病、

抗逆和品质性状的全基因组选择和分子设计技术。

五、水产生物技术发展建议鉴于水产生物技术在我国水产

种业和水产养殖业可持续发展中的重要意义和应用潜力，考虑到国内外目前的发展现状和存在问题，建议我国围绕如下几个方面设立重点研究计划专项。（一）水产养殖生物全

基因组结构解析及基因资源的深度挖掘进行鱼、虾、贝、蟹、藻等重要水产养殖生物全基因组测序和精细图谱构建，分析不同水产生物基因组的结构特征和进化规律，阐释不同水产养殖生物基因组的结构和功能，进行基因资源的深度挖掘。（二）水产养殖生物重要经济性状的遗传解析及分子

设计的基础研究建立水产养殖生物基因组编辑公共平台和

技术体系，筛选重要水产养殖生物生长、抗病、性别、环境适应等性状关键基因；开展抗病、抗逆和品质性状的全基因组关联分析和基因组选择及分子设计的基础研究；构建水产养殖生物重要基因高效重组表达技术体系，研制基因工程重组蛋白；探索重组表达产物提高水产养殖动物生长速率和抗病力的途径。（三）重要水产养殖生物经济性状形成的表

观遗传与环境调控机制以水产养殖生物生长、生殖、发育

和免疫等重要经济性状为目标性状，通过基因组甲基化分析、组蛋白修饰以及小核糖核酸（RNA）分析等技术手段解析环境因素介导的重要经济性状形成的表观遗传调控机制；建立甲基化修饰因子在水产动物中的检测技术体系，筛选与重要

经济性状相关的表观标记。（四）重要水产养殖生物基因信息大数据平台构建及应用构建以种质资源数据和基因组数据为核心的水产生物基因资源信息大数据平台，收集、储存和分析我国重要水产养殖物种丰富多样的种质资源和基因资源信息；通过数据的加工和大数据分析，为水产生物技术研发、遗传育种、病害防治和资源保护等提供必要的数据支撑。