科学汇丨出现在东海里的它是不是野生?够不够野?基因测序解开黄鱼之谜

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钱江晚报·小时新闻 记者 唐旭锋 通讯员 王利明

11月27日,浙江奉化渔民在东海165渔区一次性捕获上千斤大黄鱼。

这些大黄鱼的“身世之谜”引发各方关注 — —它们是养殖箱里的“逃网之鱼”还是实实在在的野生黄鱼?水产业界和专家们对此充满了好奇。

11月30日,记者陪同浙江海洋大学陶震博士来到奉化桐照渔村,购买了4条在165渔区捕获的大黄鱼。科研人员将对其进行部分基因测序,其结果将有助于揭开这些大黄鱼的“身世之谜”。

事实上早在10年前,浙江海洋大学就开展了这方面的专题研究。近日,钱江晚报记者来到位于舟山长峙岛的浙江海洋大学,探寻有关大黄鱼基因研究的一些趣闻和科普故事。

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两天前,在浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心,记者在科研人员的陪同下,打开了一台超低温冰箱,从中取出一条封存了10年的大黄鱼标本。

这条重2斤的大黄鱼是当时以六千元的价格从舟山某渔业公司购买的。科研人员对这条大黄鱼全基因组进行了测序,并进行了破译和注释。

相关成果于2014年在权威期刊《自然-通讯》发表,这也让世界上第一个石首科鱼类基因组图谱得以面世。

“当年是利用二代测序技术,构建了大黄鱼基因组草图。”浙江海洋大学吕振明教授告诉记者,近几年随着计算机运算能力的提升,有关大黄鱼全基因组的图谱有了更精密的呈现。基因工程的兴起也仅仅是最近二三十年的事情。为了解开人体2.5万个基因密码,2000年6月世界上首个人类基因组草图绘制成功,旨在解开人体2.5万个基因密码,破译人类全部的遗传信息。

“而大黄鱼的单个细胞里,有48条染色体,比人类还多两条,大约包含19362个编码基因,构成基因的基本单位(核苷酸分子)加起来有728Mb(M代表百万数量,B代表碱基对),相当于人类的1/4。”吕振明教授说。

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浙江海洋大学吕振明教授多年从事海洋生物分子遗传与进化及遗传育种研究。他告诉记者, “东海纯野生大黄鱼”的这个提法业界已颇有争议。吕振明教授还表示,因为遗传基因变异是自然界的普遍现象,无论是精心选育并用于放流的鱼苗,还是因台风等影响从网箱里逃出的大黄鱼,他们的基因都可能

发生了改变。这些鱼如果在大海中与其他纯野生黄鱼交配繁衍,其后代该如何称呼呢?还能算作纯野生黄鱼吗?

称呼上的争议,仅是字面之争。但从基因科学的角度,从大海里捕捞的大黄鱼,与在实验池里培育的二代乃至第N代大黄鱼,其单核苷酸多态性存在明显差异。

什么叫单核苷酸多态性(SNP)?让我们从基因本身说起。

基因是控制生物性状的基本遗传单位,储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信息。基因具有双重属性,它既是物质形态,也是信息码。

在这里,我们有必要重头来温习一下高中生物知识!染色体是遗传物质DNA的载体,而DNA就是由脱氧核苷酸组成的大分子聚合物。脱氧核苷酸由碱基、脱氧核糖和磷酸构成。其中碱基有4种:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。A、G、T、C相互有三种配对,我们称之为碱基对,它们构成了基因信息的密码。从物质形态上讲,基因就是DNA片段,它由若干核苷酸小分子组成。DNA分子结构中,两条多脱氧核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕,构成双螺旋结构。脱氧核糖-磷酸链在螺旋结构的外面,碱基朝向里面。两条多脱氧核苷酸链反向互补,通过碱基间的氢键形成的碱基配对相连。这样就可以回答上面的疑问,所谓单核苷酸多态性,就是等位基因发生变异(指配对碱基发生改变)的强弱状态。

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浙江海洋大学江丽华博士近日完成了《基于群体基因组学探索岱衢洋大黄鱼种群鉴定的研究》项目。该项目对198尾大黄鱼进行了基因组重测序,其中岱衢洋捕捞的群体52尾,舟山市水产研究所养殖群体53尾,宁德海域捕捞的群体38尾,宁德海鸥水产有限公司养殖的群体62尾。

江丽华通过生物信息学软件进行基因组序列分析,发现岱衢养殖群体与其它群体可以完全分开,这可能和其选育种群体特性相关;宁德养殖群体与岱衢群体也没有交集,而与宁德海域捕捞群体有部分交叉,这表明,宁德养殖大黄鱼的亲本来自宁德海域捕捞群体;而岱衢洋捕捞群体与宁德捕捞群体出现交叉现象,推测这与大黄鱼洄游及取样时间有关。

“你看,岱衢养殖群体多样性比较低的,由于它们来自选育群体,亲本来源非常有限,它们可能都是亲戚关系。”江丽华指着图表跟记者解释道。

江丽华的这一研究,本意是基于大黄鱼种群的鉴定,但她在实验中意外发现,在岱衢族养殖群体中,有关抗低温基因的单核苷酸出现变异。而这正是基因研究为产业服务的方向所在。正如你和你的兄弟姐妹长得都不一样,遗传变异是生物的多样性和育种的分子基础。

吕振明教授解释说,一些养殖户由于对基因学了解较少,配种时潜意识地选留个头大的作为亲本,这样下一代也会个头大,但这些个体大的亲鱼可能来自于“同一窝”的个体,长此以往就沦为近亲繁殖,其后代就会表现为生长、抗病力下降等种质退化现象。而大黄鱼基因组序列的破译,为优良育种提供了科学依据。

研究表明,大黄鱼基因组中与生长、抗病相关的基因仍存在较为丰富的遗传变异,因此提供优良的养殖水环境的同时,选择携带先天性免疫较强、生长速度快优良基因的大黄鱼作为亲本,对现有养殖大黄鱼进行遗传改良,同时有效避免近亲繁殖,也将是今后大黄鱼科学育种的重要方向。

我国有3个大黄鱼地理族群

我国沿海存在 3 个大黄鱼的地理族群,它们在形态、寿命、种群结构和资源数量上存在明显差异。分布在雷州半岛以东的硇洲族寿命最短(雌鱼9龄、雄鱼8龄),种群结构最简单,数量最少。分布在浙江和江苏南部沿海的岱衢族寿命最长(雌鱼19-30龄、雄鱼15-25龄),种群结构最复杂,数量最多。分布在福建、广东沿海的闽、粤东族则介于两者之间。

浙江海洋大学俞存根教授多年来一直从事东海渔业资源领域的教学和科研工作,“这三个族群的大黄鱼没有明显交集,福建宁德海域的闽、粤东族大黄鱼往北洄游的话,最远也就在温州一带海域。”

记者查阅文献资料发现,此次捕获大量大黄鱼的165渔区属于岱衢族大黄鱼的三个越冬场之一,大黄鱼结群在这里出现,并不奇怪。“应该说三种可能性都是存在的。”俞存根说,这次捕获的也许是纯天然的野生大黄鱼,也许是网箱里逃出的养殖大黄鱼,也有可能是增值放流或网箱里流出的鱼与野生大黄鱼交配的后代。

其实,在上世纪60年代,我国科研人员就对三个大黄鱼种群在形态特征、年龄结构等差异进行了研究,如通过耳石判断其年龄。但随着东海野生大黄鱼资源的枯竭,在上世纪80年代,这方面研究一度停滞。

但在上世纪80年代中期,大黄鱼育苗在福建省取得成功,此后育苗技术在宁波、舟山得到应用。人工养殖和增殖放流在浙江海域也逐年增多,每年放流数以千万尾计。

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归来吧野生黄鱼

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