桂建芳：你吃的鯽魚可能根本沒有爸爸，或說它的爸爸不一定是鯽魚

以下內容為中國科學院院士桂建芳演講實錄：

我從個人的研究經歷，從《鯽的育種故事》，來談一談水產養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，魚類等水產品是世界公認的較為優質的蛋白來源。而用農業農村部前部長的一句話說就是：今天的世界上每養三條魚，就有兩條來自中國。

中國的魚類養殖有著悠久的歷史。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現了一些魚骨頭。經過比對研究，他們發現這些魚骨頭屬于養殖的魚類。這讓中國水產養殖歷史一下就回溯到了8000年前。

范蠡寫下的《養魚經》是世界公認的第一本水產養殖專著，以文字記錄了從苗種繁育到成魚養殖的全過程。而范蠡與西施的故事發生在2500年前，這也證明水產養殖是中國農業發展的傳統智慧之一。

▲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，尤其缺少優質動物蛋白的來源。所以1956年毛澤東主席在武漢調研時，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的老一輩科學家開始了水產養殖的研究，拉開了新中國水產養殖的序幕。

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

▲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

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

到了80年代中期，銀鯽單性雌核生殖方式的發現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，我們稱之為鯽魚復合種。而普通魚類大多數是48條染色體或者50條染色體。事實上，金魚也是從鯽魚經過突變，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，經過比較基因組的解析，發現銀鯽是一種雙三倍體，也就是amphitriploid。這個詞是我經過一定的思索，最后原創出來的概念。

我們經過細胞遺傳觀察，發現銀鯽是通過抑制第一次減數分裂產生出未減數的卵子，但也檢測到零星的一些同源重組的事件，這些發現就為“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支撐。

有趣的是，在雙三倍體銀鯽群體中還發現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條雄性特異的超數微小染色體。

我們經過性反轉，將雄性的變為雌性，就構建了兩個雌核生殖家系，以此發現了轉性母本中雄性特異的微小染色體數越多，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，再經過基因組解析，發現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制了核質雜種新種質。

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的基礎上，經過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，在主要魚產區的占有率達到了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種業的創新鏈和價值鏈。

同時也推動了鯽魚的養殖產量的增長和可持續發展。鯽魚的養殖產量從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發展，架起了從基礎到應用的橋梁，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本水產養殖的專著，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，發表文章《在基因組資源快速增長和糧食安全日益強化的調整時代，魚類生物學和生物技術的再思考》，分析了水產遺傳育種整個技術的發展藍圖，進一步瞄準了有重大潛力的魚類精準育種技術的路徑。

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，創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。所以我們跟華中農業大學水產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，最后鑒定出調控魚類肌間刺發育的主效基因。

▲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，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動銀鯽生殖方式的轉換和遺傳多樣性的形成。基于這些發現，我們創制除了基因組重構的合成多倍體新技術。、

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。雙四倍體它轉變成有性的生殖方式，能夠產生正常的精子。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”。

我們還發現并定義了一種獨特的無減數融合的生殖方式。什么叫無減數融合的生殖方式？它就像銀鯽一樣，可以產生沒有減數的卵子，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。

我們還結合基因編輯提出并創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殖過程中逃逸出去帶來的潛在生態風險，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種業從業者的知識產權。

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，現在金魚有300多個品種，這300多個品種都是基因突變、經過人工選擇所構建的一些品系，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造？

7年前（2016年），我在安徽農業大學做講座的時候，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、溫控性反轉的金魚精準育種的技術路線，甚至能夠把一條母魚在連續的215天內繁殖42次，因此創造了世界紀錄 ，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來編輯這兩個性狀的因果基因，創造出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空間的。

《中國科學·生命科學》（英文版）在發表我們這篇文章的時候設計了一個封面：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。

推廣水產養殖的中國智慧

從我研究生畢業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現，也開拓出一些育種的技術和路線，創造了一些新品種、新品系。

比如通過多重生殖方式與雄核生殖的發現，開拓出雌核生殖創制核質雜種的路徑，培育出異育銀鯽“中科3號”；我們還通過亞基因組整入的發現，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”；基于倍性改變驅動生殖方式的轉換和遺傳多樣性的形成的理論發現，開拓出基因組重構合成多倍體的技術，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融合生殖方式的發現，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，正在創制不育的無肌間刺的異育銀鯽。這些發現給我們的品種培育帶來了很多的機遇。

優良的品種與綠色生態的養殖模式是可持續水產養殖的發展方向，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多年來的農業發展，水產養殖是我們中國食品生產當中發展最快的民生產業。無論是總產量還是人均占有量，都是大農業當中增長最多的。這40多年來，我國水產總產量增長了近14倍，養殖產量增長超過了40倍。

從世界的數據統計來看，從上個世紀80年代以來，世界水產品的增長完全源于養殖的增長，而養殖的產量有近2/3來自中國。

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

水產品在保障全球食品安全中的作用已引發了世界的高度的關注。

水產品作為藍色食品，提升國民營養及其低碳排放的環境友好性能已經成為國際的前沿和熱點。

比如2022年聯合國糧農組織新發布的《世界漁業現狀》的主題也是邁向藍色轉型。由此可見，水產養殖保障全球食品安全的中國智慧已經得到國際社會的高度認可，而且都需要引進中國經驗才能夠做得更好。

來源：格致論道講壇
作者：桂建芳