十年磨一剑!中科院海洋所成功破译对虾基因组

科研团队在研究凡纳滨对虾。

文/图　半岛记者　徐杰

临近春节,青岛市民准备年货时对虾是必选美味之一。对中科院海洋所相建海和李富花研究组来说,他们对对虾的研究也在年底迎来重大突破。23日,记者获悉,该研究组与国内外多家单位合作,历时十年成功破译了凡纳滨对虾基因组,获得了世界上首个高质量的对虾基因组参考图谱。该成果已在国际权威期刊在线发表,为我国自主精准选育对虾苗种提供了重要基础平台。

经济价值高苗种却依赖进口

中科院海洋所李富花研究员介绍,凡纳滨对虾也叫南美白对虾,是市场上最常见的一种对虾,在青岛的市场上,这种对虾占到80%以上,是市民餐桌上一道家常海鲜食品。“凡纳滨对虾是四大养殖虾类之首,从全球来看,凡纳滨对虾的年产量能达到410多万吨,年产值达到数百亿美元,具有非常重要的经济价值。”李富花称,在我国,凡纳滨对虾的养殖范围也很广,年产量达到150万吨,占全球产量的四分之一以上。

李富花告诉记者,凡纳滨对虾在海水、淡水中都能养殖,具有重要的物种价值,我国凡纳滨对虾的虾苗繁育多在海南进行,但种源却依赖从南美进口。“每年需要进口的亲虾数量在20万～30万对,以每对100美元以上计算,进口的成本就高达数千万美元。此外,一旦出现海外种源封锁的情况,国内的对虾产业将受到严重影响。因此,我国自主的对虾分子遗传育种工作迫在眉睫。”李富花说,但是受限于没有良好的参考基因组,研究进展一直相对缓慢。

历时十年获高质量参考图谱

从2009年开始,中科院海洋所相建海和李富花研究组着手攻关研究对虾分子遗传育种工作,以繁育的新品种“科海一号”雄虾为样本,致力于破译凡纳滨对虾基因组。“对虾基因组是世界上公认的高复杂基因组,阻碍了多个国际科研机构的研究步伐。”中科院海洋所张晓军研究员告诉记者,1996年,全球学术界启动了大马哈鱼、罗非鱼、鲶鱼、牡蛎、对虾这5种水产动物基因组测序工程。随着科技的进步,其他4种水产动物的基因组测序先后完成,只有对虾的基因组由于量大且复杂没能破译。

张晓军告诉记者,别看对虾的个头不大,但其基因组大小与人类的基因组相比,能占到人类的三分之二,并且基因组中有许多重复且出现频率高的基因片段。“就好像拼图一样,有大量极为类似的拼图碎片,想要对其正确排序、组合十分困难。”张晓军称,前后10年的时间里,他们尝试了从一代到三代的各种测序平台以及各种组装软件,最终完成了凡纳滨对虾的全基因组的测序和组装,并获得了高质量的参考图谱。

提供精准选育对虾苗种基础

1月21日,研究人员的成果在国际权威期刊在线发表,并共享成果数据,成为国际上首个破译凡纳滨对虾全基因组测序和组装的科研团队。李富花介绍,对虾基因组的破译是精准选育对虾苗种的基础,为我国自主的对虾基因组育种和分子改良工作提供了重要的基础平台。同时,也为海洋甲壳动物底栖适应和蜕皮等研究,提供了重要的理论基础和数据支撑。

在长达10年的研究中,研究团队还发现了对虾的其他一些物种特点,比如,为了适应海底环境,对虾拥有非常发达的视觉系统和神经系统。“它有一对连接眼柄能自由活动的复眼,每只复眼包含约5.5万～8万个小眼,具有非常广的视角。”李富花介绍,他们通过比较基因组学分析发现,对虾的神经传导速度达到200米/秒,是目前已报道物种中速度最快的,即使神经系统发达的章鱼的神经传导速度也只有20米/秒。

记者了解到,在攻破了对虾全基因组的测序和组装后,科研人员已开始进行国家重点研发计划项目,打造分子育种技术平台。“刚刚立项了一个新项目,在蓝色粮仓科技创新专项中,我们是十七个项目之一,叫做重要养殖虾蟹类种制创制与健康苗种繁育。”李富花说。