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中科院青岛海洋研究所破解刺参基因密码

2019-10-08 22:38:20来源:励志吧0次阅读

为弥补刺参养殖的弊端,青岛海洋所经过十余年的努力,已培育了耐温高产、多刺、白色、紫色4个刺参新品系,建立了苗种生态培养技术和健康养殖模式。

仿刺参,又称刺参,属于棘皮动物门,主要分布于中国的黄渤海和俄罗斯、朝鲜、韩国和日本等东北亚海域。在海参家族中,品质比较好的是山东半岛和辽东半岛的刺参。

由于刺参特殊的进化地位、独特的繁殖生活史以及夏眠、排脏与再生、自溶等生物学现象,使其具有重要的科学研究价值。

同时,刺参作为海参纲的一种,是中国20多种食用海参中质量最好的、经济价值最高的种类。2013年我国刺参养殖面积达21.5万公顷,总产量达19.4万吨,产值近300亿元,约占全国当年海水养殖产值的15%。

近日,记者从中国科学院青岛海洋研究所获悉,我国科学家正式完成仿刺参基因组测序和组装,这在国际上尚属首次。

这项成果对刺参生物学和遗传育种研究具有重要科学意义,对我国刺参产业发展将产生重要推动作用。

两个团队合作攻关

近两年,针对我国刺参养殖业面临的苗种养成率低、病害严重、种质退化、品质欠佳等一系列问题,海洋所两个团队——杨红生与相建海团队合作,共同开展刺参基因组学研究,通过刺参基因信息的全面破译,在特殊生命现象的剖析、重要经济性状的分子解析、基因资源挖掘与利用、物种进化等多个领域开展深入研究。

据了解,该项研究得到了国家科技部“973” “863”计划项目国家基金委,中国科学院和山东省科技厅、青岛市科技局的资助。在天津生物芯片技术公司的技术支撑下,两个团队共同突破了刺参复杂基因组测序和组装技术瓶颈,采用新一代测序技术获得132Gb高质量DNA序列数据,覆盖全基因组160倍。

科研人员利用针对高复杂度基因组组装的创新策略,在国际上首次成功完成了野生刺参的基因组组装,目前获得的框架图总长度达到765Mb,组装叠连群Contig N50达112Kb,该数值优于国际迄今已发表的多数水产动物基因组图谱的指标。初步检测表明,功能基因区覆盖达95%以上。

杨红生表示,全基因组序列的测序和组装仅仅是对刺参认知创新的开始,随着研究不断深入,研究结果将为刺参的繁殖发育、免疫调控、营养代谢、遗传解析提供重要理论支撑,有力推动刺参重要经济性状解析、分子标记辅助选育和全基因组遗传育种,以及揭示刺参的夏眠、再生、自溶等特殊生命现象的机理机制等相关研究,为我国刺参产业健康可持续发展提供有力科技支撑。

培育刺参新品系

早在上世纪50年代,青岛海洋所的科研人员就开展了海参的形态分类和经典生物学研究,查清了我国海参的分布和生物多样性特征,阐明了其分类学地位。

十多年来,杨红生等针对刺参的基础生物学、生态学和遗传育种应用开展了锲而不舍的系统研究。

研究人员在理解刺参夏眠、再生和行为学上获得若干新认知:夏季水温较高时,刺参一般会钻到石下或石缝中进行“夏眠”,等到水温下降,再出来活动和摄食。刺参还有一个特性是排脏,当其在受到损伤、遭遇敌害、过度拥挤、水质污浊、水温过高、氧气缺乏、盐度降低等强烈刺激或处于不良环境时,会通过身体剧烈收缩,将消化道、呼吸树、居维尔氏小管、生殖腺甚至全部内脏器官由肛门排出体外。当环境条件合适时,刺参还能在半月内长出新的内脏器官,具有很强的再生能力。

据了解,目前,我国的刺参增养殖主要以池塘养殖和浅海底播增殖为主,养殖区主要集中在山东半岛和辽东半岛周边沿海地区。刺参养殖现已成为水产养殖业继海带、对虾、扇贝、海水鱼养殖之后兴起的又一支柱产业,其发展速度之快、经济效益之好是前所未有的。

科研人员告诉记者,我国刺参产业发展迅速,总产量10年间增加了27倍,但养殖效率较低,尤为重要的是良种覆盖率低,良种培育严重滞后于产业发展需求,已成为制约刺参产业发展的瓶颈。

目前刺参养殖结构和布局不尽合理,病害频发。温度升高、盐度下降等环境骤变,常导致大规模死亡甚至绝产,给刺参养殖产业从业者造成巨大的经济损失。

“为弥补刺参养殖的弊端,经过十余年的培育,我们已培育了耐温高产、多刺、白色、紫色4个刺参新品系,建立了苗种生态培养技术和健康养殖模式。”杨红生告诉记者。

他介绍说,多刺、白色、紫色品系是为了增加刺参的品相,耐温高产品系主要缩短刺参的夏眠时间、提高养殖效率。品质好的海参必须具备“肉糯、刺多、会跳舞(指海参的韧性好,比如说摔在地上会弹起来)”的优点。

可以想象,随着养殖技术的成熟,市场的上刺参质量会越来越好,而价格也会越来越实惠。

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