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有刺鱼变无刺鱼:找到控制鱼刺的基因,让吃鱼不吐刺不再是梦想!

发表时间:2023/02/04 16:57:46  来源:x20230205  作者:刘文俊  浏览次数:17245  
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鱼刺相当于鱼的骨骼,鱼骨头是鱼类的骨架,但事实上鱼刺和鱼骨是有区别的。我们说的鱼刺,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。肌间骨或者肌间刺,顾名思义就是生长在鱼体肌肉间中的骨骼,它主要是起到支撑鱼体和助力运动的作用。

最近几年已有"有刺鱼变无刺鱼"的多次报道。华中农业大学水产学院、中科院水生所和黑龙江水产研究所的专家们,利用基因编辑技术创制无肌间刺的鲤科鱼类已经成功,从武昌鱼到鲫鱼、草鱼和鲢鱼,科学家在无肌间刺鱼的研究上步步深入,吃鱼不挑刺将成为现实。

一、黑龙江水产研究所鲤科鱼类基因组学创新团队:去除小细刺的鲫鱼

鲫鱼肉质细嫩、味道鲜美,但因其中的肌间小细刺太多而影响食用和加工,肌间刺就是那些令人"望鲫鱼而却步"的小细刺。如今,一种去除小细刺的鲫鱼在中国水产科学研究院黑龙江水产研究所问世!

(图源:科技日报)

据科技日报报道,2022年1月14日,由中国科学院水生生物研究所桂建芳院士、中国水产科学研究院黄海水产研究所陈松林院士领衔的专家组,对黑龙江水产研究所鲤科鱼类基因组学创新团队,利用基因编辑技术创制的无肌间刺鲫新种质进行了现场验收。经查,此为世界首例鲤科鱼类无肌间刺基因编辑新种质。这种无肌间刺鲫鱼让人们吃鱼不再有细刺“卡嗓子”的担忧。

(图源:科技日报)

早在“十五”期间,黑龙江水产研究所首席科学家孙效文研究员就提出了“肌间刺是影响鲤科鱼类品质提升”的重大问题,并于2009年在农业行业专项中设立鲤科鱼类肌间刺研究课题,自此鱼类肌间刺的难题攻坚行动正式启动。之后在孙效文研究员指导下,该团队专业方向带头人匡友谊带领课题组成员开始了漫长的鱼类肌间刺发育机制研究。

(有大量肌间骨的鲫鱼。图源:科技日报)

(无肌间骨的鲫鱼。图源:科技日报)

黑龙江水产研究所在“无肌间刺鲫新种质创制”研究中取得的重要进展,为鱼类肌间刺性状的遗传改良提供了典范,是鲤科鱼类品质改良的重大突破,有望破解食用大宗淡水鱼的“卡嗓子”问题,会对未来水产品的终端消费形式产生深远影响。

二、华中农业大学水产学院:无刺武昌鱼

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。

(图源:长江日报)

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。


(有肌间刺武昌鱼。图源:《中国科学报》)

这里解释一下什么叫主效基因?在控制生物学表型背后的机理往往都非常复杂,并不是一个或者某几个基因起作用的。但相对而言,有些基因可能在某个表型的呈现上起到的作用相对大一些,就被称为主效基因

(无肌间刺武昌鱼。图源:《中国科学报》)

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。

无刺鱼问世和展望:控制鱼刺基因让有刺鱼变无刺鱼
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。

(无肌间刺武昌鱼,6个月、250克。图源:《中国科学报》)

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。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。

三、中科院水生所桂建芳院士团队:无刺鲫鱼

常说鲫鱼细刺多,就是其体内肌间刺多达80余根。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(鲫鱼)

(无刺鲫鱼。图源:长江日报)

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。在全基因组解析银鲫双三倍体(即包含有两套三倍体基因组)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和骨化过程。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

(银鲫Cgrunx2b-A和Cgrunx2b-B突变体的肌间刺表型和基因型。图源:Aquaculture)

研究人员发现,不同于武昌鱼的二倍体,银鲫是双三倍体。双三倍体银鲫runx2b具有两个部分同源基因(Cgrunx2b-A和Cgrunx2b-B),且每个部分同源基因具有3个序列高度一致的等位基因。单独敲除CgRunx2b-A或CgRunx2b-B不影响银鲫肌间刺发育,但同时敲除CgRunx2b-A和CgRunx2b-B的所有等位基因后,会导致肌间刺完全缺失。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。通过上述研究获得了完全缺失肌间刺的银鲫突变体

该研究还揭示了CgRunx2b-A和CgRunx2b-B协同调节银鲫肌间刺发育。创制的银鲫无肌间刺突变体少肌间刺突变体,为培育无肌间刺异育银鲫新品系奠定了基础。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

(银鲫鱼野生型和无肌间刺突变体鱼的CT图。图源:长江日报)

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。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。敲光了肌间刺会不会影响鱼的生长、肉质口感如何,产量如何,生长周期怎样,将是他们后续重点关注的。

四、前景展望

无刺鱼的研发,经一众专家的努力前景可期。据悉,科研工作者还在不同鱼类身上进行了试验和应用,继武昌鱼、鲫鱼和草鱼身上试验敲除调控鱼刺生长的主效基因后,最新在鲢鱼身上也实现了基因敲除,获得了F0代少刺鱼,肌间刺减少幅度达50%。

平时我们在吃鱼时都在扪心自问"这些鱼能不能不长小刺?"这在以前简直是天方夜谭;但现在这个看似“无理要求”却有望成为现实。但是,自"无刺鱼"一经告知于天下大众后,特别是又涉及"基因"两字,大家不禁担心要问:鱼类没有了肌间骨(刺)还能正常生存生长和繁育吗?敲除基因后算不算"转基因"?这些顾虑也有一定的道理。

缺了肌间骨的鱼类,在理论上对游泳能力有一定的影响,可能对在野外水体中的生存和发育有些风险,比如很多鱼类为了繁育后代要奋力洄游,需要的是要有强大的游泳体力。还有"鲤鱼跳龙门"可能就无望了,之所以能"跳龙门"就是因有肌间骨(刺)的存在。另外,从现有公开资料来看,敲除基因应该不是至少不是纯粹的"转基因",似乎无刺鱼只是敲除基因而不是转化或者转进基因,当然针对基因模式问题,已有争议,仁者见仁,智者见智。

至于肉质和营养甚至是否对人吃了后有无妨害?等等顾虑或者问题,这些正是相关科研工作者下一步所要做的工作。所谓牵一发而动全身,通过人为方式干预的结果,或多或少会有某些影响。一种新品种鱼类从培育到市场化需要经过严格的试验性评估,国家有关部门还要按照相关规程进行严格的审批,只有完成了这些历程之后才能考虑进行生产性推广,所以大家没有必要过度看重这些问题。

最后,精准育种的无刺鱼来了!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!不再是梦想,终将成为现实!

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