“十三五”时期中国水产种业科技创新进展和展望_王振忠.pdf

第 38 卷第 1 期大 连 海 洋 大 学 学 报大 连 海 洋 大 学 学 报Vol.38 No.12 0 2 3 年 2 月JOURNAL OF DALIAN OCEAN UNIVERSITYFeb.2 0 2 3DOI:10.16535/ki.dlhyxb.2022-244文章编号:2095-1388(2023)01-0001-11专家约稿“十三五”时期中国水产种业科技创新进展和展望王振忠1,卢兵友1,刘磊2(1.中国农村技术开发中心,北京 100045;2.宁波大学 海洋学院,浙江 宁波 315832)摘要:“十三五”国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项实施以来,围绕中国水产生物遗传基础认知和种质创制技术体系能力提升,在重要养殖生物种质资源遗传基础深度解析、理论创新和育种技术上取得了新进展,完成了30 余种重要水产养殖生物基因组图谱,实现了重要水产生物生长、品质、抗性和性别等多个经济性状的深度遗传解析。在选择育种和杂交育种等传统育种基础上,整合基因组测序、功能基因挖掘、基因工程和细胞工程等现代生物技术,建立了全基因组选择育种、性别控制、BLUP 遗传评估、干细胞移植与“借腹怀胎”和基因组编辑等新一代育种技术体系。“蓝色粮仓科技创新”重点专项共获得30 个性状优异的水产新品种,累计繁育优良苗种 150 亿尾/个(只),养殖示范、推广面积超过 13.3 万 hm2。本文综述了“蓝色粮仓科技创新”重点专项实施以来,中国水产育种领域取得的主要科技创新成果,针对水产种业科技创新中存在的问题,提出应加强水产养殖生物种质资源收集与评价、加快突破性新品种研发进程、推进种业科企合作、加强育种原创性理论与技术研究及完善新品种“育、繁、推”一体化等未来重点研究方向,以期为促进中国渔业跨越式、高质量发展提供坚实的种质保证和技术支撑。关键词:国家重点研发计划;水产养殖;遗传育种;水产种业科技创新中图分类号:S 917.4 文献标志码:A 近 40 年来,中国渔业科技实现了快速发展,已初步建立了覆盖内陆水域和海洋的渔业产业技术体系,在良种选育、生态养殖等研究方向已达到世界先进水平。其中,水产种质创制能力不断提升,培育出 266 个水产新品种,建成 80 余个国家级水产原良种场,是世界上培育水产养殖新品种最多的国家,初步形成了全国水产良种体系,优质养殖品种的供给为产业发展提供了基础保障。“十二五”时期,中国系统地开展了鱼、虾、蟹、贝、藻和参等主要水产养殖生物的遗传基础研究,建立了杂交、诱变、多倍体、复合性状人工选择育种和分子标记辅助育种等技术,建成了一批国际先进的科技创新和应用示范平台,培养了一批具有国际视野的创新团队,大幅提升了中国水产养殖的良种覆盖率,支撑了国家鱼、虾、蟹、贝、藻和参等养殖业的快速健康发展,持续保持着世界第一水产养殖大国的地位。尽管中国水产育种研究方面取得了显著进展,但是水产养殖生物的遗传基础研究和种质创制能力依然薄弱,诸多重大科学问题和共性关键技术瓶颈亟待解决,如生长与品质等重要性状遗传基础与调控机制亟待深度解析,产业急需的抗逆和优良品质性状品种少,性状测评技术落后,分子育种技术还需改进,基因编辑和分子性控等关键前沿技术缺乏,良种规模化制种技术滞后等,严重制约了水产养殖产业绿色和健康可持续发展,水产种业亟待加快科技创新和产业升级。为此,“十三五”期间国家重点研发计划部署了“蓝色粮仓科技创新”(以下简称“蓝色粮仓”)重点专项,围绕水产种业发展需求,按照科技创新链要求,系统设置了主要水产养殖生物重要经济性状遗传基础解析和种质创制重大共性关键技术研发任务,经过 4 年的努力,重要水产养殖生物优良种质创新和良种培育能力取得了重大突破。本文总结和梳理了“蓝色粮仓”重点专项育种领域总体实施情况和取得的代表性成果,以及存在的问题,以期为相关科研人员及管理部门提供科学参考。收稿日期:2022-08-11 基金项目:浙江省自然科学基金项目(LY20C190005)作者简介:王振忠(1988),男,博士,副研究员。E-mail:wzz198818 通信作者:刘磊(1984),男,博士生导师,特聘研究员。E-mail:liulei1 1 重要养殖生物种质资源遗传基础深度解析和理论创新1.1 水产养殖生物基因组精细图谱绘制完整准确的基因组信息是开展性状精细解析和分子育种的重要基础,但目前多数水产养殖生物缺乏高质量参考基因组。通过“蓝色粮仓”重点专项的实施,绘制了 30 余种重要水产养殖生物基因组图谱1-30(表 1),揭示了生长、品质、抗性、性别等重要性状的组学机制。“蓝色粮仓”重点专项突破了条斑紫菜(Pyropia yezoensis)基因组组装瓶颈,并阐明其适应极端环境、世代间碳利用差异的分子机理1;揭示了鲤科亚基因组间的基因表达趋异策略和调控机制2;构建了 XX、XY 和 YY 南方鲇(Silurus meridionalis)个体全基因组精细图谱3;完成了魁蚶(Scapharca broughtonii)4、卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)5、斑石鲷(Oplegnathus punc-tatus)6和三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)7等 30 余个水产养殖生物基因组精细图谱绘制,为水产生物性状解析和分子育种奠定了组学基础。表 1“十三五”期间“蓝色粮仓”重点专项支持下中国水产养殖生物全基因组图谱绘制进展Tab.1 Progress of whole genome sequencing of aquaculture species in China under the support of“Blue Granary”project in National Key Research and Development Program during“13th Five-Year Plan”物种species测序平台sequencing platform基因组大小/Mbpgenome sizeContigN50scaffold N50/Mbpscaffolds基因组染色体覆盖率/%coverage rate on chromosome参考文献reference条斑紫菜(Pyropia yezoensis)Illumina 108.40 340.80 kbp34.30 52795.00Wang 等1似刺鳊鮈(Paracanthobrama guichenoti)Illumina,BGISEQ-5001 088.001 966.00 kbp96.90Li 等2四带无须魮(Puntius tetrazona)Illumina,BGISEQ-500730.001 423.00 kbp97.90Li 等2南方鲇(Silurus meridionalis)Illumina738.9013.19 Mbp28.0428599.60Zheng 等3魁蚶(Scapharca broughtonii)Illumina884.501.80 Mbp45.0099.35Bai 等4卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)Illumina,Pacbio647.501.80 Mbp5.0537399.40Zhang 等5斑石鲷(Oplegnathus punctatus)BGISEQ-500764.00119.72 kbp29.9292.00Li 等6三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)Illumina864.45108.70 kbp15.602 39679.99Lv 等7拟穴青蟹(Scylla paramamosain)Illumina1 587.20191.00 kbp0.3248397.17Zhao 等8日本沼虾(Macrobrachium nipponense)Illumina4 608.00231.20 kbp86.8033 15594.70Jin 等9坛紫菜(Neoporphyra haitanensis)Illumina53.30510.30 kbp5.8066380.90Cao 等10坛紫菜(Neoporphyra haitanensis)Illumina49.67634.92 kbp7.8015Chen 等11菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)Illumina1 146.88345.00 kbp53.8530 81193.32Yan 等12双棘原黄姑鱼(Protonibea diacanthus)BGISEQ-500635.693.33 Mbp25.6019 72594.15Xu 等13非洲骨舌鱼(Heterotis niloticus)BGISEQ-500669.702.31 Mbp9.624 24497.60Hao 等14条纹斑竹鲨(Chiloscyllium plagiosum)BGISEQ-50039 424.0036.37 kbp55.2419 59563.53Zhang 等15美国红鱼(Sciaenops ocellatus)BGISEQ-500686.6299.71 kbp25.6238 25687.82Xu 等16曼谷拟松鲷(Datnioides undecimradiatus)BGISEQ-500595.009.694 44290.00Sun 等17微拟球藻(Nannochloropsis oceanica)Illumina29.30664.75 kbp1.14100.00Guo 等18许氏平鲉(Sebastes schlegelii)Illumina848.312.96 Mbp35.631 47199.61Liu 等19太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)MGISEQ-2000587.00581.00 kbp98.08Wang 等20缢蛏(Sinonovacula constricta)Illumina1 331.97678.86 kbp57.997 93293.93Dong 等21羊栖菜(Sargassum fusiforme)Illumina394.40142.09 kbp60.70Wang 等22马口鱼(Opsariichthys bidens)Illumina992.905.20 Mbp19.441 46189.31Liu 等23苏门答腊鲀(Tetraodon palembangensis)BGISEQ-500362.001.78 Mbp15.806 19091.20Zhang 等24波纹唇鱼(Cheilinus undulatus)Illumina1 173.4016.50 Mbp51.502499.98Liu 等25黄鮟鱇(Lophius litulon)BGISEQ-500709.23164.91 kbp32.4997.20Lv 等26乌鳢(Channa argus)Illumina630.3913.20 Mbp27.6652198.26Ou 等27斑鳢(Channa maculata)Illumina618.8221.73 Mbp28.3725499.65Ou 等27黄喉拟水龟(Mauremys mutica)Illumina,Hi-C2 283.528.35 Mbp141.9899.98Liu 等28鮸(Miichthys miiuy)BGISEQ-500,Hi-C740.397.73 Mbp25.761 01094.98Xu 等292大连海洋大学学报 第 38 卷1.2 水产养殖生物生长和品质性状的遗传基础与调控机理“蓝色粮仓”重点专项在重要水产动物生长及品质性状的分子调控机制和遗传网络解析研究方面取得了突破。在水产养殖动物生长方面,采用多组学及基因功能验证等手段,揭示了扇贝肌肉积累类胡萝卜素是隐性性状及单基因调控的机理,发现启动子变异导致类胡萝卜素裂解氧化酶基因 BCO-like1 表达下调是虾夷扇贝(Mizuhopecten yessoensis)新品种“海大金贝”富集类胡萝卜素的