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鱼刺和无刺鱼:精准育种的无刺鱼来了!吃鱼不挑刺,吃鱼不再怕卡刺,终将成为现实!

发表时间:2023/02/03 22:11:48  来源:x20230204  作者:刘文俊  浏览次数:18016  
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鱼刺相当于鱼的骨骼,鱼骨头是鱼类的骨架,没有骨架它就不是鱼类了而是软体动物。但事实上鱼刺和鱼骨还是有区别的。鱼刺,在生物学上叫肌间骨或肌间刺,意思是指夹杂在肌肉内的小骨,而不是鱼体中间的那根又粗又硬的脊椎骨。我们普通人平常说的"鱼刺"是特指鱼肉中细密的小刺,它是我们吃鱼时最讨厌的部分,学术上被称为"肌间刺"。

一、鱼骨、鱼刺

鱼骨是指鱼的大骨即脊骨和肋骨并包含肌间刺等,肌间刺则专指肋骨上或末端的小刺(小骨)鱼骨包含我们说的"鱼刺",它在整个鱼体除头部以外都有分布,根据它分布位置的不同,可以大体分为髓弓小骨、脉弓小骨和椎体小骨髓弓小骨就是脊椎骨以上由头部后方到尾柄基部的那些肌肉中的鱼刺;脉弓小骨主要在脊椎骨下面的区域;椎体小骨就是靠近脊椎附近的那些细小的刺。椎体小骨仅在低等鱼类存在,在我们熟悉的鲤科鱼类中已经退化。

(鲢鱼的鱼刺:椎体小骨已退化消失,箭头所指仅代表存在的位置)

鱼的肌间刺,又称碎刺,川渝地区称为"阳叉刺",它是指长在鱼肌肉里的小刺,位于椎骨两侧肌间隔中的膜性小硬骨,"卡喉"多数情况下就是这些骨刺所为。一般肉食性鱼类和多数名优鱼少有肌间刺,只有普通常规鱼的肌间刺较多。

(鱼骨鱼刺)

鱼刺一般有7个形状,分别是 I 形、卜形、 Y 形、一端多叉形、两端两叉形、两端多叉形和树枝形。其中有四个类型的常见鱼刺:I 形,卜形、 Y 形和一端多叉形,其中 I 形和卜形的数量较多,很少有更复杂的两端两叉形、两端多叉形和树枝形。

科学界普遍认为:鱼刺的主要作用是支撑肌肉、传递能量以及与鱼的运动有关。鲤科鱼类多以植物或者底栖动物为食,在捕食过程中,更需要身体做出细微的调整,因此,在鱼进行纵向运动的时候,正因为肌肉的收缩,所以可能才需要借助鱼刺产生的作用力,来完成一些较为细微的方向转变。但是像鲇鱼一类的肉食性鱼类,捕食主要依靠瞬间爆发力捕食,不需要弹跳力来飞跃,也许强劲的骨骼支撑和发达的肌肉才是其最需要的助力,而非鱼刺,所以才会


令人讨厌的肌间刺,不仅肌间刺数目较多而且刺上的分枝也多,甚至还有复杂的树状分枝。肌间刺在传导肌肉力量时,肌间刺和肌腱(鱼的肌肉)一起辅助运动。它负责肌肉之间力的传递,增加肌肉整体的刚度,控制肌肉运动发生的变形,就像是一根强劲的钢板弹簧,具有很强的拉伸力,让鱼身体更加的灵活。简单地说,鱼类之所以拥有肌间刺,主要是因为它本身在水里很难控制自身身体,就需要借助贯穿全身的鱼骨及鱼刺来控制肌肉而摆动身体,并加快游动速度。据说,跳跃力好的鱼类其肌间刺最多,比如善于跳跃的白鲢鱼,正因为有众多的肌间刺,它才能轻松跳过一米甚至两米的高度。

(跳跃的白鲢鱼)

(硬骨鱼脊柱上的两排“大刺”是脊椎骨、脊柱刺,作用是支撑身体,不会穿出体外)

古生物学家们发现,随着鱼类的逐渐演化,鱼刺的数量经历了一个从少到多、又从多到少,最后消失的过程。鱼刺的类型也由简单到复杂,最后又退化。如低等鱼类海鳗,鱼刺平均有409根,而且仅有 I 形、卜形和 Y 形,而到了鲤科鱼类,鱼刺数目减少到93~133根,且出现了7个类型,鳅科鱼类,如泥鳅,鱼刺的类型出现退化,仅留有 I 形、卜形和 Y 形,到了更晚一些的鲇形目,如黄颡鱼,体内的鱼刺仅残留了8根,且为简单的 I 形。

二、鱼刺的区别:淡水鱼和海水鱼,素食性鱼和肉食性鱼

不论是淡水鱼或者还是海水鱼,它们其中的素食性鱼类长的刺比较多,相对来说,肉食性的鱼类的刺则要少些。因为,素食性鱼类要逃避肉食性动物的捕食,就要反应迅速,行动敏捷,才有逃脱的机会,才有繁衍后代的可能。那些反应迟钝,行动笨拙的只能成为别人的口中餐。物竞天择,活下来的物种只能是适应环境,能在天敌的猎捕中逃得了的,在鱼类中就是小刺较多的素食者。一些肉质比较疏松的鱼类,不仅肌间刺数目相对较多,而且肌间刺上的分枝也较多,比如鲢鱼和鳙鱼,甚至出现了复杂的树状分枝。白鲢能够跳跃很高,就是有最多肌间刺的缘故。

(深黑色部分为肌间刺。图片来源:Patterson C, Johnson G D.The intermuscular bones and ligaments of teleostean fishes[J]. Sm ithsonian Contribution toZoology, 1995, 559:1-85.)

鱼刺在鲤形目鱼类中较多且复杂,但是在鲇形目的鱼类中却很少。其中鲤形目的鱼类鱼刺普遍较多,包括我们熟悉的鲤鱼、鲢鱼、鲫鱼、鳙鱼、草鱼、青鱼等;而鱼刺较少或没有鱼刺的大部分是鲈形目,包括鲈鱼、鳜鱼、带鱼、黄花鱼、石斑鱼、罗非鱼等。白鲢拥有四大家鱼中数量最多的肌间刺——足足123枚,比鲤鱼要多出20多枚。白鲢不仅多刺,其小刺更是分叉多且复杂,这为其出色的跳跃能力提供了基础。所以,凡是肌间刺少的鱼类大多不善跳跃,比如鲶鱼、鲈鱼等。凡是肌间刺多的鱼类大多善跳跃,比如鲢鱼、鲤鱼等。

(几种鱼的肌间刺。图片:吕耀平等 / 水产学报,2007年)

另外, 淡水鱼和海水鱼的刺在部位上也是不一样的。淡水鱼主要防范水面上方的敌人,因为淡水域一般比较浅,鱼刺集中在背上;常吃的海水鱼是海里中上层水域的鱼,这些鱼更需要防御的是来自下方的敌人,所以鱼刺集中在肚腹。另外,海水中的鱼需要抵御的外界压强更大,所以多是大而粗、稀疏的骨架,大型的鱼类(如鲨鱼)就进化成了软骨鱼类。

上图分别是鲫鱼、团头鲂、鲢鱼、鳙鱼的肌间刺。

因此,淡水鱼的小刺比海水鱼多一些,素食性鱼类的小刺要比肉食性鱼类多。此外,我们也不能一概而论说淡水鱼刺比海鱼多,只不过说平时我们吃的淡水鱼都是比较级的鱼类淡水鱼就少甚至没有肌间刺,比如乌鱼、鲈鱼、黄颡鱼等,而平时捕捉到的海水鱼都是比较高级的鱼类


三、从武昌鱼到鲫鱼、草鱼,科学家在无肌间刺鱼研究上步步深入

2018年,华中农业大学水产学院高泽霞教授团队通过斑马鱼的基因编辑技术,找到了一个“有效”基因,能减少70%的鱼刺,只有尾部还保留一点点,背部的刺都没有了。

在4-5月龄鱼的X光照中,有刺武昌鱼身体里有一排排横向生长、在光照下发亮的肌间小刺,在无刺武昌鱼身里则暗影一片,完全看不到了

(图源:长江日报)

45日龄的有刺武昌鱼与没有肌间刺武昌鱼的骨骼对比:骨骼染色图清楚地显示了鱼刺多寡的对比,有刺武昌鱼的骨架加肌间刺,线条显得密密麻麻,而无刺武昌鱼骨架舒朗,没有任何多余的小刺

2019年底,高泽霞团队找到了斑马鱼无刺主效基因,并且证明这是一个所有有刺鱼类都含有的共通基因。同时,他们测定了无刺斑马鱼肉质中的氨基酸、脂肪酸含量,和普通有刺鱼没有显著差异

(有大量肌间骨的鲫鱼科技日报)

肌间刺发育相关的1600多个候选基因中,鉴定到1个调控肌间刺发育的关键基因,进一步利用建立的无肌间刺鲫基因编辑技术,于2019年构建了鲫F0代肌间刺突变群体,2020年获得F1代无肌间刺鲫突变体,2021年获得正常发育的无肌间刺鲫F2代可遗传群体。无肌间刺鲫鱼生长良好,形态发育正常,与正常鲫鱼无差异。

(无肌间骨的鲫鱼科技日报)

2021年,高泽霞团队和中科院水生所桂建芳院士团队,已经分别在鳊鱼、草鱼和银鲫身上,试验了敲除调控鱼刺生长的主效基因而获得第一代杂合体(F0代)的少刺鱼,生长良好,形态正常,习性和普通有刺鱼没有差异。

2022年,高泽霞团队利用已获得的第一代杂合体(F0代)少刺鱼,经过雌雄交配繁育出了完全没有肌间刺的武昌鱼(团头鲂)苗种(F1代),且长势良好,计划2023年进一步开展无刺鱼遗传稳定繁育工作。

四、中科院水生所:吃鱼不再怕卡刺,精准育种的无刺鲫鱼来了!

近日据长江日报报道,中科院水生所桂建芳院士团队日前发布最新研究成果,经过一年多的努力,他们根据基因技术利用鱼类精准育种技术,培育出了无刺喜头鱼即鲫鱼。

这里说的无刺是指没有肌间小刺,并不是无骨。肌间小刺位于鱼类椎骨两侧肌间隔中,是种膜性硬骨小刺。平常吃鱼,大家的经验都是鱼骨好剔、鱼刺难除。常说鲫鱼细刺多,就是其体内这种肌间刺多达80余根

(无刺鲫鱼。图源:长江日报)

近年来,无肌间刺鱼突变体种质的培育一直是鱼类遗传育种学研究的热点。2022年,华中农业大学高泽霞团队就培育出了无刺武昌鱼。此次,桂建芳院士团队培育的无刺异育银鲫与高泽霞团队培育无刺武昌鱼依据的是同一基因(runx2b)。通过精准育种技术,完全敲除主效基因。

桂建芳院士团队在全基因组解析银鲫双三倍体的基础上,开拓完善了“双三倍体银鲫”和“双二倍体金鱼”快速创制关键基因突变体的方法。他们与高泽霞教授团队合作,发现了双三倍体银鲫的两个部分同源基因(Cgrunx2b-A和Cgrunx2b-B),并追踪了肌间刺的产生、骨化过程。他们观察发现,肌间刺是在银鲫孵化后14天左右开始从鱼体尾部朝头部骨化。

该团队研究人员甘瑞海博士说,不同于武昌鱼的二倍体,银鲫是双三倍体,每个部分同源基因都具有3个序列高度一致的等位基因。他们以基因编辑技术单独和同时敲除了银鲫的CgRunx2b-A和CgRunx2b-B两个部分同源基因及其等位基因。实验结果显示,这两个部分同源基因就如同银鲫遗传信号的“并联电路”单独敲除任一部分同源基因都不影响银鲫肌间刺发育,只有同时敲除所有等位基因才会导致肌间刺完全缺失。

目前,桂建芳院士团队已快速培育出291尾完全缺失肌间刺的银鲫突变体,就是完全没了细刺的鲫鱼。这些突变体将为后续培育无肌间刺异育银鲫新品系奠定基础。记者见到数尾这种被敲尽肌间刺的“新银鲫”,在水中灵动游弋,外观和行动与一般鲫鱼无甚差别。

CT显示,无肌间刺银鲫突变体横向斜长的肌间刺几乎消失了。敲光了肌间刺,会不会影响鱼的生长、肉质?甘瑞海博士介绍,下一步,研究人员将通过雌核生殖建立银鲫无肌间刺克隆系,并在相同饲养条件下,与异育银鲫主养品种进行生长发育、游泳能力、骨密度、肌肉营养含量、抗病能力等详细的生物学和经济性状评价对比数据。口感如何,产量如何,生长周期怎样,将是他们后续重点关注的。

一种新品种鱼类从培育到市场化生产、养殖、上市,还需要经过严格的试验性评估,对于每一代无肌间刺鱼生长指标、肌肉品质等指标也都要进行细致观测。此外,还要等待国家有关部门按照相关制度进行严格的审批。只有完成了这些之后,才能考虑进行生产性推广。

最后,无刺鱼的产生,吃鱼不挑刺,吃鱼不再怕卡刺,有望让鱼类的优质蛋白鱼肉,既满足人类营养需求,又让人吃得安心!终将成为现实!

(西南渔业网综合)

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