以下內(nèi)容為中國科學院院士桂建芳演講實錄：

我從個人的研究經(jīng)歷，從《鯽的育種故事》，來談一談水產(chǎn)養(yǎng)殖和保障全球食品安全的中國智慧。

我來自中國科學院水生生物研究所。大家知道，魚類等水產(chǎn)品是世界公認的較為優(yōu)質(zhì)的蛋白來源。而用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部前部長的一句話說就是：今天的世界上每養(yǎng)三條魚，就有兩條來自中國。

中國的魚類養(yǎng)殖有著悠久的歷史。在4年前（2019年），一個國際團隊在距今8000年前的河南省賈湖遺址中發(fā)現(xiàn)了一些魚骨頭。經(jīng)過比對研究，他們發(fā)現(xiàn)這些魚骨頭屬于養(yǎng)殖的魚類。這讓中國水產(chǎn)養(yǎng)殖歷史一下就回溯到了8000年前。

范蠡寫下的《養(yǎng)魚經(jīng)》是世界公認的第一本水產(chǎn)養(yǎng)殖專著，以文字記錄了從苗種繁育到成魚養(yǎng)殖的全過程。而范蠡與西施的故事發(fā)生在2500年前，這也證明水產(chǎn)養(yǎng)殖是中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的傳統(tǒng)智慧之一。

▲左：王家楫(1898-1976)。右下：團頭魴（武昌魚）

新中國成立后，當時國家的條件不是很好，尤其缺少優(yōu)質(zhì)動物蛋白的來源。所以1956年毛澤東主席在武漢調(diào)研時，曾專門邀請時任中國科學院水生生物研究所所長的王家楫院士問計如何“解決吃魚難”的問題，并寫下了“才飲長沙水，又食武昌魚”的著名詩篇。

到1958年，毛主席又作出了“三山六水一分田，漁業(yè)大有可為”的詩句。從那時候開始，包括中國科學院水生生物研究所的前輩們在內(nèi)的老一輩科學家開始了水產(chǎn)養(yǎng)殖的研究，拉開了新中國水產(chǎn)養(yǎng)殖的序幕。

事實上，新中國“以養(yǎng)為主”方針的確立經(jīng)過了3個階段的討論。首先，國家在上個世紀50年代首次提出“養(yǎng)捕并舉”：既要養(yǎng)、又要捕。接著，《人民日報》在1978年專門發(fā)表社論《千方百計解決吃魚難的問題》；到了1986年，《漁業(yè)法》正式確立了以養(yǎng)為主的方針。

▲左：余先覺（1909-1994）。右：蔣一珪（1932-1994）

1977年，伴著科學春天的到來和改革開放，我非常榮幸地考進武漢大學。在武漢大學讀了4年本科之后，我又讀了研究生，師從著名的遺傳學家余先覺教授。余先覺教授在我論文答辯的時候，專門邀請當時在鯽魚遺傳育種研究方面已經(jīng)取得了重要突破 ，并且獲得了國家科技進步獎二等獎的蔣一珪先生作為我答辯委員會的委員。

在那次答辯會上，蔣先生看上了我，并且到所里為我要了一個指標，那個時候的工作還是分配的。所以從武漢大學畢業(yè)后，我就進入了中國科學院水生生物研究所，正式開始了鯽魚的遺傳育種研究。

不需要雄性但又有雄性的奇特繁殖

鯽魚適應(yīng)性強，肉質(zhì)非常鮮美細嫩，很受消費者喜歡。但在20世紀80年代以前，由于鯽魚的產(chǎn)量比較低，它并不是重要的養(yǎng)殖品種。

到了80年代中期，銀鯽單性雌核生殖方式的發(fā)現(xiàn)和異育銀鯽的培育與推廣，鯽魚的個頭開始變大，半斤以上的鯽魚當時要賣8到10元一斤。即使在今天，鯽魚仍然還是這樣的價格。這其中有什么樣的故事呢？下面我就跟大家分享一下。

鯽魚非常特別，具有豐富的遺傳多樣性，有著100條、150多條或者是200多條染色體等不同倍性的多倍體，我們稱之為鯽魚復(fù)合種。而普通魚類大多數(shù)是48條染色體或者50條染色體。事實上，金魚也是從鯽魚經(jīng)過突變，由我們的祖先不斷培育和挑選出來的。

與100條染色體的四倍體鯽（金魚）相比，銀鯽已被我們揭示是經(jīng)過多次多倍化事件導致的多倍體，有更高的可變性。

我們花了將近10年的時間，經(jīng)過比較基因組的解析，發(fā)現(xiàn)銀鯽是一種雙三倍體，也就是amphitriploid。這個詞是我經(jīng)過一定的思索，最后原創(chuàng)出來的概念。

我們經(jīng)過細胞遺傳觀察，發(fā)現(xiàn)銀鯽是通過抑制第一次減數(shù)分裂產(chǎn)生出未減數(shù)的卵子，但也檢測到零星的一些同源重組的事件，這些發(fā)現(xiàn)就為“多倍體魚類單性生殖為什么能夠在地球上演化成功”提供了一些創(chuàng)新的見解，同時也為我們后面的精準育種提供了理論和技術(shù)支撐。

有趣的是，在雙三倍體銀鯽群體中還發(fā)現(xiàn)了一定比例的雄性個體，在全國的34個銀鯽地理種群當中，其中10個是無雄性個體的，另外24個檢查出了1.2%-26.5%的雄性個體。

銀鯽的雄性個體相比于雌性個體多了3-4條雄性特異的超數(shù)微小染色體。

我們經(jīng)過性反轉(zhuǎn)，將雄性的變?yōu)榇菩�，就�?gòu)建了兩個雌核生殖家系，以此發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)性母本中雄性特異的微小染色體數(shù)越多，后代雄性的比例就越高，這表明銀鯽額外的微小染色體具有雄性決定的作用。

▲Li et al., 2017. Science Bulletin

我們在額外的微小染色體上還鑒定出一個在精子發(fā)生過程中高表達的基因。

同時還揭示了溫度性別決定和基因型性別決定這兩種不同的性別決定機制同時存在于銀鯽當中，并且還可以相互轉(zhuǎn)換。

▲（Ding 2021) PLOS Genetics 17(9): e1009760.

我們先在顯微鏡下把雄性特異的微小染色體切割下來，再經(jīng)過基因組解析，發(fā)現(xiàn)了雌核生殖的銀鯽里雄性特異微小染色體的起源和雄性發(fā)生的機制。

培育出系列銀鯽新品種

最近20年來，我們利用銀鯽多重生殖方式精準創(chuàng)制了核質(zhì)雜種新種質(zhì)。

并且培育出了異育銀鯽中科3號。

我們還通過異精雌核生殖加上冷休克操作，在整入了團頭魴（武昌魚）的亞基因組遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過10多代的選育，培育出異育銀鯽的“中科5號”。這兩個品種都成為近10多年來的主養(yǎng)品種。

“中科3號”與過去推廣的高倍鯽相比，生長速度平均提高了20%以上，出肉率高6%以上。對寄生于肝臟的碘泡蟲還有較強的抗性，在主要魚產(chǎn)區(qū)的占有率達到了70%以上。

▲左：從團頭魴（武昌魚）取出精子。中：從銀鯽擠出卵子。右：異育銀鯽“中科5號”魚苗

與“中科3號”相比，在投喂較低的蛋白魚粉含量的飼料的時候，“中科5號”1齡魚的生長速度平均又提高了18.2%。感染鯽皰疹病毒的成活率平均提高了12.59%，對養(yǎng)殖過程中體表的黏孢子蟲病也有一定的抗性，成活率平均提高21%左右。

這一系列的品種的推廣，形成了異育銀鯽水產(chǎn)種業(yè)的創(chuàng)新鏈和價值鏈。

同時也推動了鯽魚的養(yǎng)殖產(chǎn)量的增長和可持續(xù)發(fā)展。鯽魚的養(yǎng)殖產(chǎn)量從1983年的不到5萬噸，近年來增長到了280多萬噸。

從研40多年來，我聚焦于銀鯽及異育銀鯽新品種的培育及其種業(yè)發(fā)展，架起了從基礎(chǔ)到應(yīng)用的橋梁，這個橋梁對老百姓特別是漁民的增收起到一定的作用。

我們寫了3本水產(chǎn)養(yǎng)殖的專著，這些專著匯集了半個多世紀育種專家的智慧。

讓鯽魚不再有小刺

我最近也對過去的工作做了比較深入的思考，發(fā)表文章《在基因組資源快速增長和糧食安全日益強化的調(diào)整時代，魚類生物學和生物技術(shù)的再思考》，分析了水產(chǎn)遺傳育種整個技術(shù)的發(fā)展藍圖，進一步瞄準了有重大潛力的魚類精準育種技術(shù)的路徑。

下面我就跟大家分享我們實驗室在最近5年當中，在精準育種方面所期待的5個突破。

第一個突破就是創(chuàng)建了多個部分同源基因和等位基因同時高效編輯的精準技術(shù)，創(chuàng)制出無肌間刺的銀鯽突變體。大家知道，鯽魚雖然非常美味，但是它的小刺非常麻煩，小孩、老人吃魚時非常擔心被刺卡住。所以我們跟華中農(nóng)業(yè)大學水產(chǎn)學院的高澤霞教授進行合作，她花了差不多10年的時間、3個研究生的接力，最后鑒定出調(diào)控魚類肌間刺發(fā)育的主效基因。

▲左：野生型（～80根肌間刺）。右：Cgrunx2b-A-/-/-;Cgrunx2b-B-/-/-（無肌間刺）Gan et al, 2023. Aquaculture, 739300

在文章還沒有發(fā)表之前，她就告訴了我。于是我就來做無肌間刺的銀鯽，她來做團頭魴和草魚。通過將近3年的努力，我們在異育銀鯽上成功了，她在團頭魴和草魚當中也成功了。我相信在未來的3-4年內(nèi)，全國的老百姓有可能吃上無肌間刺的這些鯽魚、草魚、團頭魴。

▲Lu et al, 2022. Mol. Biol. Evol.

第二個突破是揭示倍性改變可以驅(qū)動銀鯽生殖方式的轉(zhuǎn)換和遺傳多樣性的形成�；谶@些發(fā)現(xiàn)，我們創(chuàng)制除了基因組重構(gòu)的合成多倍體新技術(shù)。、

Lu et al., 2023, Science China Life Science

比如銀鯽整入了雙二倍體鯽的一套基因組之后，形成了雙四倍體。雙四倍體它轉(zhuǎn)變成有性的生殖方式，能夠產(chǎn)生正常的精子。我們用這個精子跟雙二倍體的白鯽進行交配，因為白鯽對皰疹病毒有一定的抗性。最后我們產(chǎn)生了新的雙三倍體，它又能夠進行單性雌核生殖。

這樣我們就選出了對皰疹病毒有抗性，而且又生長得比較好的一個新的品系，極有可能成為異育銀鯽“中科6號”。

我們還發(fā)現(xiàn)并定義了一種獨特的無減數(shù)融合的生殖方式。什么叫無減數(shù)融合的生殖方式？它就像銀鯽一樣，可以產(chǎn)生沒有減數(shù)的卵子，而且又跟有性魚類一樣，它的精核和卵核可以相互融合，這樣就能夠創(chuàng)制出倍性更高的多倍體。

我們由此取得了第三個精準育種的突破，創(chuàng)建了一條合成不育異源多倍體的更為高效的路徑。

我們還結(jié)合基因編輯提出并創(chuàng)建了一條育性可控的、合成不育異源多倍體的路徑，這就是我們第四個精準育種的突破。

比如在銀鯽的維持系當中，它能夠不斷地產(chǎn)生銀鯽的多倍體。如果我們把它的肌間刺通過基因編輯去掉了，把團頭魴的肌間刺也通過基因編輯去掉了，再讓團頭魴跟銀鯽交配后，生產(chǎn)出的是沒有肌間刺的、不育的七倍體的銀鯽，這樣就可以避免在養(yǎng)殖過程中逃逸出去帶來的潛在生態(tài)風險，為物種多樣性保護提供了一個有效的策略，還可以有效地保護水產(chǎn)種業(yè)從業(yè)者的知識產(chǎn)權(quán)。

讓金魚更加美麗

第五個突破，我跟大家講一講金魚。

中國選育金魚有將近2000年的歷史，特別是到了宋朝以后，人工選擇做了很多的工作，現(xiàn)在金魚有300多個品種，這300多個品種都是基因突變、經(jīng)過人工選擇所構(gòu)建的一些品系，那么它的觀賞性、因果基因可否鑒定？它的性狀是否可以再進行創(chuàng)造？

7年前（2016年），我在安徽農(nóng)業(yè)大學做講座的時候，有位碩士余鵬說希望讀我的研究生。我問他喜歡做什么工作，他說喜歡做金魚的研究。他來了之后，建立起了基于高效繁育加上基因編輯、人工雌核生殖、溫控性反轉(zhuǎn)的金魚精準育種的技術(shù)路線，甚至能夠把一條母魚在連續(xù)的215天內(nèi)繁殖42次，因此創(chuàng)造了世界紀錄 ，作為導師，我也很榮幸拿到了這個福布斯世界紀錄的證書。

他首先盯上了金魚的龍睛——像龍一樣的眼睛，還有白化這兩個性狀的因果基因。通過3年的工作，他把這兩個性狀的因果基因鑒定出來了，最后通過基因編輯技術(shù)來編輯這兩個性狀的因果基因，創(chuàng)造出10多個金魚的新品系。

這張圖上面標出來的有11個品系，都是我們通過基因編輯創(chuàng)制出來的。大家如果是金魚愛好者，會非常喜歡這些漂亮的金魚。所以潛在的商機也很大，我們的金魚品系在未來還是有很大研發(fā)空間的。

《中國科學·生命科學》（英文版）在發(fā)表我們這篇文章的時候設(shè)計了一個封面：嫦娥看到凡間那么多的金魚的“金兔”“玉兔”很開心，而玉兔很郁悶，因為嫦娥不會只寵它一個了。

比如“金兔”，在我們的論文出來之后得到了社會高度認可。因為雖然叫金魚，但真正金色的魚我們過去很少看到。而“金兔”差不多是24K的金色了，還是人見人愛的。

推廣水產(chǎn)養(yǎng)殖的中國智慧

從我研究生畢業(yè)40多年以來，圍繞鯽魚的研究體系，帶著單性脊椎動物演化機制這樣的一些科學問題，有了一系列的理論發(fā)現(xiàn)，也開拓出一些育種的技術(shù)和路線，創(chuàng)造了一些新品種、新品系。

比如通過多重生殖方式與雄核生殖的發(fā)現(xiàn)，開拓出雌核生殖創(chuàng)制核質(zhì)雜種的路徑，培育出異育銀鯽“中科3號”；我們還通過亞基因組整入的發(fā)現(xiàn)，進行冷休克處理與分子模塊的篩選，培育出異育銀鯽“中科5號”；基于倍性改變驅(qū)動生殖方式的轉(zhuǎn)換和遺傳多樣性的形成的理論發(fā)現(xiàn)，開拓出基因組重構(gòu)合成多倍體的技術(shù)，這就是我們正在中試的“中科6號”。

我們最近幾年還通過獨特的無減數(shù)融合生殖方式的發(fā)現(xiàn)，和銀鯽雙三倍體基因組的解析，以及多倍體重組多基因演化的命運，并開拓不育異源多倍體的高效合成和多基因編輯的技術(shù)，正在創(chuàng)制不育的無肌間刺的異育銀鯽。這些發(fā)現(xiàn)給我們的品種培育帶來了很多的機遇。

優(yōu)良的品種與綠色生態(tài)的養(yǎng)殖模式是可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展方向，是滿足人類增長需求、保障全球食物安全的中國智慧。

回望改革開放40多年來的農(nóng)業(yè)發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖是我們中國食品生產(chǎn)當中發(fā)展最快的民生產(chǎn)業(yè)。無論是總產(chǎn)量還是人均占有量，都是大農(nóng)業(yè)當中增長最多的。這40多年來，我國水產(chǎn)總產(chǎn)量增長了近14倍，養(yǎng)殖產(chǎn)量增長超過了40倍。

從世界的數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，從上個世紀80年代以來，世界水產(chǎn)品的增長完全源于養(yǎng)殖的增長，而養(yǎng)殖的產(chǎn)量有近2/3來自中國。

所以中國貢獻了水產(chǎn)養(yǎng)殖保障全球安全的智慧，同時也塑造了水產(chǎn)養(yǎng)殖的動能和藍色轉(zhuǎn)型的未來。比如我2018年出版的《中國水產(chǎn)養(yǎng)殖：成功的故事和現(xiàn)代趨勢》得到了國際科學家的高度“點贊”，認為是一個現(xiàn)代的中國養(yǎng)魚經(jīng)，為更廣闊的世界洞開了中國這個水產(chǎn)養(yǎng)殖超級大國主要生產(chǎn)活動的內(nèi)在景色。

水產(chǎn)品在保障全球食品安全中的作用已引發(fā)了世界的高度的關(guān)注。

水產(chǎn)品作為藍色食品，提升國民營養(yǎng)及其低碳排放的環(huán)境友好性能已經(jīng)成為國際的前沿和熱點。

比如2022年聯(lián)合國糧農(nóng)組織新發(fā)布的《世界漁業(yè)現(xiàn)狀》的主題也是邁向藍色轉(zhuǎn)型。由此可見，水產(chǎn)養(yǎng)殖保障全球食品安全的中國智慧已經(jīng)得到國際社會的高度認可，而且都需要引進中國經(jīng)驗才能夠做得更好。

來源：格致論道講壇
作者：桂建芳