行動派·院士訪談|陳松林:破譯基因“密鑰”,為“藍色糧倉”育新種
【編者按】大眾新聞客戶端重磅推出“行動派·院士訪談”大型融媒報道欄目,邀請院士緊扣三中全會精神,結合山東實踐,深度解析各領域高質量發展,從而匯聚各方智慧力量,一起來做“行動派”。本期采訪中國工程院院士、中國水產科學研究院黃海水產研究所研究員陳松林。
【院士檔案】
陳松林,水產生物技術專家,主要從事魚類種質保存、基因組資源發掘與分子育種研究。1960年10月出生于湖北省武漢市。1998年畢業于中山大學,獲博士學位。2021年當選中國工程院院士。
從事魚類生物技術(工程)研究工作30多年,陳松林院士帶領團隊在魚類種質保存、性別控制與抗病分子育種研究等領域實現多項突破:建立魚類種質冷凍保存技術體系;發現我國首個魚類性別特異分子標記;破譯我國首個魚類(半滑舌鰨)基因組,揭示其性別決定機制,創建分子性控技術;研制我國魚類首款抗病育種基因芯片“魚芯1號”,建立海水魚類基因組選擇育種技術;突破海水養殖魚類基因編輯技術難題,創制基因編輯快大型半滑舌鰨雄魚新種質。陳松林為中國海水魚類生物技術和遺傳育種研究躋身國際前列作出突出貢獻。
完善促進海洋經濟發展體制機制,健全海洋資源開發保護制度。
——《中共中央關于進一步全面深化改革 推進中國式現代化的決定》
在影響海洋漁業發展的眾多因素中,有著“漁業芯片”之稱的苗種尤為關鍵。海洋種業發展中面臨哪些“卡脖子”難題?如何依靠科技創新,打好海洋種業翻身仗?大眾新聞記者采訪了中國工程院院士、中國水產科學研究院黃海水產研究所研究員陳松林。
“山東海水養殖產量居全國前列,主要得益于其育種技術上的絕對優勢。”陳松林說,中國水產科學研究院黃海水產研究所、中科院海洋所、中國海洋大學等一批“國字號”院所、高校齊聚青島,匯集了一大批海洋領域的頂尖專業人才。依托實力雄厚的技術平臺和人才優勢,山東率先實現了多個海水養殖品種的繁育突破、養殖技術突破,也率先開始了海水養殖新品種的培育和推廣工作。
我國海水養殖起步于20世紀50年代,70年時間里產量從0躍居世界第一,山東在這一過程中留下了濃墨重彩的一筆。“我國已經完成了5次海水養殖浪潮,每一次都是由山東引領。”陳松林說,上世紀60年代在山東興起以海帶養殖為代表的第一次海水養殖浪潮,使我國海帶的養殖面積和總產量大幅提升,迅速成為世界第一。
隨后的幾次養殖浪潮,20世紀80年代養對蝦,90年代養扇貝,世紀之交養以大菱鲆為代表的名貴魚類,2000年以后又養起海參、鮑魚等海珍品。五次海水養殖浪潮均從青島發端,進而推廣至全國,實現藻、蝦、貝、魚、參的養殖突破和規模推廣,也讓越來越多曾經吃不起的海產品走上了普通百姓餐桌。
歷經前五次的海水養殖浪潮,近岸海水養殖區域逐步趨于飽和,人們便將目光投向了深遠海。
眼下,以深遠海養殖為標志的第六次海水養殖浪潮正席卷而來。
“與近海養殖不同,深遠海養殖更強調優良品種、現代信息技術和工程裝備的支撐作用和有機結合。”陳松林表示,隨著“國信1號”養殖工船、“經海”系列深海養殖網箱等一個個“大國重器”建成投運,山東深遠海養殖已經走在了全國前列。
挺進深藍,良種先行。
我國海水魚良種培育工作起始于上世紀90年代,盡管起步較晚,但近30年來也取得了長足進步。
2024年,海水魚新品種達到23個,加上蝦、蟹、藻、貝類等,我國培育的水產新品種已有300多個。
海洋種業快速發展的同時,育種工作中的一些短板和不足仍需補齊。
“基因資源是育種的基礎,然而目前我國發掘出的具有重要育種價值的基因仍然較少。”陳松林說,我國現已破譯了40多種海水魚類的基因組序列,在魚類基因組解析方面取得了很大進展,然而從中找到的適合育種的基因資源卻有限。海水魚養殖業越是發展,對良種的需求就越高,需要進一步加強海水魚類種質資源收集、評價與保存,挖掘優異種質資源,為良種培育提供種質基礎。
“育種技術創新及新型育種技術的應用也有待加強。”陳松林介紹,由于過去多是采用傳統的育種技術,比如雜交、群體選育、家系選育,主要是針對生長性狀培育水產新品種,卻忽視了其抗病性能,難以解決我國海水養殖業中存在的種質退化、病害頻發的問題。
現代分子育種技術是克服這些不足的突破口。利用基因組選擇、基因組編輯等現代分子生物技術,加強抗病、高產等優質突破性水產新品種的培育,已成為未來育種技術的重要發展方向。
盡管分子育種技術在有些養殖魚類上已經得到應用,但是總體上看,目前的應用面還不夠廣。對于養殖企業來說,分子育種除了技術難度較高以外,育種成本也相對更高。
為了節約成本,養殖企業更傾向于將該類技術用在價格較高的魚類上,很少用于價格較低的魚類。為此,要進一步降低分子育種技術成本,使其能在更多魚種上應用,爭取培養出更多抗病高產的優質新品種,讓更多企業和養殖戶受益。
此外,龍頭企業缺乏,也限制著我國海洋種業的發展。“企業是市場競爭的主體,龍頭企業在這個水產種業發展中應該起到重要作用甚至主導作用。”陳松林說,國內的水產種業企業以中小微企業為主,規模小,實力弱,競爭力不夠。為此,應大力培植創新型、領軍型水產種業龍頭企業,努力將種業創新主體向企業轉移,推動水產種業高質量發展。
種質資源庫是新品種培育的資源寶庫。
在黃海水產研究所,國家海洋漁業生物種質資源庫(青島)已建成運行,既是國內首個,也是我國迄今投資規模最大、保存規模最大、設施最先進的海洋漁業種質資源庫。
“建設種質資源庫的過程中,我們收集了大量的海水生物基因資源,其中基因序列破譯和收集是重點內容之一。”陳松林說,我國半滑舌鰨的第一個新品種“鰨優1號”就是在破譯基因組序列的基礎上培育成功的。
半滑舌鰨雌雄魚體型差異很大,相同年齡的雌魚個頭要比雄魚大四倍多。為了弄明白雄魚性別和大小是否由特定基因控制,陳松林團隊在2014年完成了半滑舌鰨的全基因組測序,找到了決定半滑舌鰨性別的基因,該基因表達就是雄魚,不表達就是雌魚。
后來,團隊又利用基因編輯技術將雄魚的這一基因進行敲除,發現基因編輯的雄魚長大后能接近正常雌魚大小,證明了該基因既決定了半滑舌鰨的性別又調控其生長。
基于這一發現,陳松林團隊不僅成功培育出了抗病能力強、生長速度快的半滑舌鰨新品種“鰨優1號”,還創制出快大型基因編輯雄魚,破解了半滑舌鰨雄魚長不大的難題。
目前,種質資源庫入庫海洋漁業生物種質實物資源達到14萬余份,黃海水產研究所的各團隊都在通過種質資源庫,挖掘與生長、性別、抗病等重要性狀關聯的基因,用來培育優質新品種。
陳松林說,種質資源庫的保存能力可達34萬份,今后將進一步擴大規模,既可以更好地保存和保護生物多樣性,同時也為海水生物遺傳改良和良種培育提供更堅實的種質資源基礎。