海洋生物技术在鱼类遗传育种中的应用

海洋生物技术在鱼类遗传育种中的应用

摘要：海洋生物技术是以现代生命科学知识为基础来开发海洋、利用海洋的一门新兴学科，是直接或间接利用海洋生物或其成分，来达到既定目标的一类技术。近年来，海洋生物技术在水产领域中的发展日益迅速，并体现出极高的应用价值和经济价值。它对解决水产业中的技术难题、开拓新领域、改造传统产业具有十分重要的作用。本文就海洋生物技术在鱼类遗传育种中的应用作一简要综述。

关键词：海洋生物技术; 水产养殖; 鱼类; 遗传育种

随着海洋在沿海国家可持续发展中的战略地位的日益突出,以及多层面的开发利用海洋生物资源的社会需求日益增长,近20年来,海洋生物技术受到了高度的重视,这不仅表现在美国、日本、挪威、澳大利亚、英国、德国等发达国家先后制定了国家发展计划,把海洋生物技术确定为21世纪优先发展领域,而且发展中国家,如中国、韩国、墨西哥、印度及东南亚各国等,也不失时机地把海洋生物技术的研究提到国家发展的日程上来。中国在1996年把海洋生物技术研究正式纳入国家高新技术研究发展计划(863计划)[1]。

随着大部分陆地资源和海洋生物资源的充分甚至过度利用, 各国决策者已经或正在认识到,水产养殖业的健康发展既是确保全球粮食安全和促进经济可持续发展的一个不可或缺的环节, 也是全球海洋开发浪潮中的一个重要活动领域[2]。海洋生物技术的全面发展给水产养殖学科的产生和发展提供了更为成熟的理论基础，不仅解释了水产养殖中一些理论基础，而且解决了很多水产养殖中困扰已久的难题。越来越多的自然科学技术被应用到水产动物遗传育种、水产动物营养与饲料、疾病诊断、免疫防控、水质调控以及水产品质量安全检测等方面[3]。

渔业发展的基本问题是“种苗”。目前，我国开展的水产养殖动植物种类已有近百种，但是除了少数种类如海带与紫菜外，基本上都没有进行过比较系统的品种选育与改良工作，养殖品种的良种化已成为亟待解决的问题。海洋生物技术在品种培育上的应用主要有DNA 分子标记技术、人工雌核发育技术、人工多倍体诱导技术、转基因技术及细胞融合技术等[3-4]。1DNA分子标记技术

DNA分子标记(DNA molecular marker)是以生物大分子物质DNA的多态性为基础的遗传标记，它能够稳定遗传，且遗传方式简单，可以反映生物的个体和群体特征。与形态学标记、细胞学标记、生理生化标记相比，由于它具有标记位点多、特异性强、标记稳定可靠、遗传信息量大、实验重复性强、不受生物的年龄、发育阶段、性别和养殖环境条件的影响等特性，因此，自问世以来DNA分子标记倍受遗传学家和育种学家的青睐,特别是随着PCR

技术的兴起和电泳技术的不断完善，DNA分子标记技术在遗传育种中的重要性日益明显。目前,它已被广泛地应用在基因定位、品种鉴定、资源评价、物种亲缘关系和系统演化分析、分子标记辅助选择等许多方面[5]。

应用于海洋生物遗传育种领域的DNA分子标记技术有限制性酶切片段长度多态性技术(Restriction FragmentLength Polymorphism,RFLP)、DNA指纹图谱技术(DNA Fingerprint)、扩增片段长度多态性技术(amplified fragment lengthpolymorphism,AFLP)、随机扩增多态性DNA 技术(Random amplified polymorphic DNA,RAPD)、序列特异性扩增区技术(Sequence CharacterizedAmplified Region, SCAR)、DNA测序以、SSLP (simple sequence repeat length polymorphism)技术、线粒体DNA标记技术及聚合酶链式反应-单链构象多态技术(PCR-SSCP)等[5-6]。目前，一些常用的分子标记如RAPD、AFLP和微卫星等，已被广泛地应用到鱼类遗传育种的研究中。

孟宪红[7]采用RAPD技术对真鲷野生群体及人工繁殖群体进行了DNA多态性检测，认为真鲷野生群体及人工繁殖群体的遗传多样性较为丰富，但人工繁殖群体的遗传多样性低于野生群体。王志勇等[8]利用AFLP技术研究了我国沿海真鲷群体的遗传变异，结果显示：北部湾群体的变异量最低，它与威海群体的遗传差异显著，两者明显属于相互独立的不同亚种群。刘云国[9]应用10对微卫星引物对普通群体、感病群体、抗病群体3个牙鲆群体进行了群体遗传多样性分析,结果表明：感病群体和抗病群体2个选择性养殖群体的遗传多样性降低，为筛选和鉴定抗病牙鲆品系提供了依据。

2人工诱导雌核发育技术

人工诱导雌核发育(artificially induced gynogenesis)是指采用物理或化学方法使精子遗传失活，再以这种精子激活卵子，但精子不参与合子核的形成，卵子仅靠雌核而发育成胚胎的技术[10]。目前，已成功培育出红鲤(Cyprinus carpio)、斑马鱼(Brachydanio rerio)、尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)、莫桑比克罗非鱼(Oreochromis mossambicus)、稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)等多个人工雌核发育品系，为研究鱼类性别决定机制、单性养殖及养殖新品种的开发研究和生产实践提供了极为宝贵的素材[3]。人工诱导雌核发育在快速建立纯系、性别控制、性别遗传机制分析及选育新品种中发挥着重要作用。

2.1 建立纯系

吴清江等首先提出了以人工雌核发育与人工性别调控相结合的方法快速建立纯系的新途径，并以其创立的技术途径仅用2代就培育出红鲤8305纯系[11]。Treisinger等和Yamamoto[12]也用相似的方法先后建立了斑马鱼和比目鱼(Paalichthys olivaceus)的纯系。王忠

卫等[13]更是在结合人工雌核发育和人工性别控制的基础上,通过分子遗传标记筛选方法,仅仅经过1个世代就建立了鲢(Hypophthalmichthys molirix)、鳙(Aristichthys nobilis)的纯系。这无疑为建立生活周期较长的种类的纯系节省了大量的时间和物质。

2.2 性别控制

在鱼类养殖中，性别控制具有提高群体生长率、控制繁殖速度、延长有效生长期、提高商品鱼的品质等重要意义。如罗非鱼，因其雄鱼比雌鱼长得快，并且性成熟早，易繁殖，进行单性养殖，不仅可以提高单位面积产量，而且可以控制其繁殖速度，进而控制养殖密度。另外，单性养殖减少了生殖能量的消耗，从而提高上市商品鱼的规格和肉质。雌核发育鱼比普通鱼具有明显的生长优势，这一点已经得到证实，因而人工诱导雌核发育技术为控制鱼类性别提供了一条具有潜在应用价值的新途径[10]。吴清江等通过人工性逆转将雌性散鳞镜鲤(Cyprinu carpiovar)培育成为功能性的雄鱼，使之与人工雌核发育纯系红鲤8305杂交产生全雌鲤，其生成速度较普通杂交鲤快45%。这为利用人工雌核发育技术培育全雌鱼提供了切实可行的方法。目前我国科学家已应用雌核发育技术培育出了全雌牙鲆,并显示出了良好的生长优势和市场前景。

2.3 性别遗传机制分析

鱼类属于低等脊椎动物，其性染色体异形的分化及性染色体机制尚处于低等阶段，因而鱼类遗传性别的染色体决定机制就比较复杂。采用传统的方法，对鱼类，特别是对染色体细小，且数目众多的鱼类进行性别遗传机制的鉴定，存在一定的困难。人工雌核发育技术为确定鱼类的性别遗传机制提供了一条便捷的途径。采用这一技术，只须确定人工诱导雌核发育所获得的子代的性别就可以了。如果全是雌性，则表明该种群的雌性为配子同型；假如为全雄(假定WW超雌个体不能成活)，或是雌、雄个体数目大致相同，则可断定该种的雌性为配子异型[10]。Galbusera等[14]就用这一方法确定非洲鲶鱼(Clarias gariepinus)的性别决定机制是雌性同配。另外，Campos-Ramos等[15]应用人工雌核发育技术并结合性转换和荧光原位杂交技术来研究莫桑比克罗非鱼的性别决定机制，发现常染色体对其性别决定有影响作用。2.4 选育新品种

虽然减数雌核发育的子代是杂合体，但Arai[16]认为通过连续2代、3代甚至更多代的减数雌核发育能培育出等基因的品系，这种雌核发育鱼，因其体内基因的高度相似性而不易发生同种移植的排斥反应。Kobayashi[16]通过连续进行减数雌核发育培育出了等基因虹鳟，并使其保持了快速生长的性能。

鱼体中难免含有一些有害的隐性基因或致死基因，这些不利基因均以杂合型存在而不表