新聞科研進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院水生生物研究所桂建芳院士團隊在Science China Life Sciences在線(xiàn)發(fā)表了題為“Causal gene identification and desirable trait recreation in goldfish”的研究論文（被選為封面文章）（圖1左）。
圖1 Science China Life Sciences2021年第64卷第7期和2022年第65卷第12期的封面
金魚(yú)起源于中國的雙二倍體鯽（Carassius auratus），已有1800多年的歷史，為我國“國粹”之一。金魚(yú)從原始的金紅色鯽魚(yú)歷經(jīng)了家化時(shí)代、盆養時(shí)代和人工選擇育種時(shí)代，期間金魚(yú)的眼睛、頭瘤、鱗片、體型、鰭條等多個(gè)部位發(fā)生了形態(tài)突變并被保留下來(lái)。攜帶這些突變的金魚(yú)經(jīng)過(guò)雜交和選擇育種形成了當今300多個(gè)以傳統俯視觀(guān)賞為主的金魚(yú)品系。隨著(zhù)基因組測序技術(shù)的快速發(fā)展，金魚(yú)多個(gè)突變性狀的候選基因被鑒定（Kon et al., 2020, Chen et al., 2020），但尚未在金魚(yú)中得以驗證。
該團隊前期的研究表明金魚(yú)龍睛性狀和脂質(zhì)代謝異常有關(guān)（Yu et al., Sci China Life Sci, 2021, 64(7): 1031–1049，封面論文，圖1右）。在此基礎上，他們通過(guò)BSA重測序和 RNA-seq相結合的分析方法，鑒定出龍睛性狀是由低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白2aB (low-density lipoprotein receptor-related protein 2aB, lrp2aB) 發(fā)生突變所致。與此同時(shí)，該團隊突破了金魚(yú)高效繁育技術(shù)，將金魚(yú)繁殖一代所需的時(shí)間縮短至3–4個(gè)月，且能全年產(chǎn)卵（產(chǎn)卵次數最多的金魚(yú)，福布斯世界紀錄；一種百褶裙泰獅金魚(yú)的批量繁育方法，專(zhuān)利號：ZL202110089137.9）。隨后，他們聯(lián)合基因編輯、高效繁育、人工雌核生殖和性控育種創(chuàng )建出金魚(yú)精準分子設計育種技術(shù)（圖2）。一般情況下，傳統雜交育種技術(shù)需要7-10代才能選育出穩定地耦合兩個(gè)優(yōu)勢性狀的金魚(yú)新品系，且后代個(gè)體間仍然存在表型變異。該團隊創(chuàng )建的金魚(yú)精準分子設計育種技術(shù)，僅需兩代（約8個(gè)月）就可以創(chuàng )造出穩定遺傳的、具有高觀(guān)賞價(jià)值的金魚(yú)新品系。
圖2 傳統雜交和人工選擇育種與精準分子設計育種模式圖
運用該技術(shù)，他們成功證實(shí)lrp2aB和眼皮膚白化病2型（oculocutaneous albinism type II，oca2)分別是金魚(yú)龍睛和白化性狀的因果基因。此外，他們還發(fā)現，金魚(yú)演化歷程中經(jīng)歷的異源四倍化事件產(chǎn)生的重復基因走向了不同的演化命運。金魚(yú)的lrp2aA被丟失，僅保留了lrp2aB；盡管oca2的兩個(gè)部分同源基因（oca2A和oca2B）都被保留但功能發(fā)生了歧化，它們協(xié)同但差異調控金魚(yú)的體色和眼睛黑色素形成。更為重要的是，該團隊成功地將龍睛性狀和白化性狀精準轉移到當下流行的、適合側視觀(guān)賞的百褶裙獅子頭金魚(yú)中，從而在一年內快速創(chuàng )建出適合側視觀(guān)賞的龍睛百褶裙獅子頭金魚(yú)“龍獅”、金色紅眼百褶裙獅子頭金魚(yú)“金兔”、碧玉紅眼百褶裙獅子頭金魚(yú)“玉兔”（一種玉兔百褶裙泰獅金魚(yú)的創(chuàng )制方法, 專(zhuān)利號：ZL 202110089143.4）、以及“金獅”和“虎紋”等十余個(gè)金魚(yú)新品系（圖3）。
圖3 基于精準分子設計育種技術(shù)創(chuàng )建的金魚(yú)新品系
該研究鑒定了金魚(yú)龍睛性狀和白化性狀的因果基因，創(chuàng )建了一種可以在金魚(yú)以及其它水產(chǎn)養殖魚(yú)類(lèi)中快速重現目標性狀的方法，為金魚(yú)從頭馴化和魚(yú)類(lèi)精準分子設計育種技術(shù)奠定了基礎。
余鵬博士為該研究的第一作者，桂建芳院士和周莉研究員為通訊作者。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2018YFD0901202)、中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項（XDB31000000）、武漢市知識創(chuàng )新專(zhuān)項（2022020801010143）等項目的支持。
論文鏈接: https://doi.org/10.1007/s11427-022-2194-7