陈松林:兢兢业业的水产人

2017年1月19日 来源: 中国科学网 0条评论 打印 收藏

 

鱼类是我国动物食品的重要组成部分,也是我国水产养殖业的主导品种。2015年我国鱼类养殖总产量为2846万吨,占全国水产养殖总产量的58%。近30年来,我国鱼类养殖业取得巨大成就,但也一直存在着鱼类种质退化、资源减少、缺乏种质保存技术、病害频发、缺乏基因资源和抗病高产良种等问题,严重影响了我国鱼类养殖业的可持续发展。

为探寻这些问题的解决之道,30多年来,中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员陈松林始终战斗在水产科研第一线。

鱼类精子银行建设的先行者

种质资源是鱼类养殖和遗传育种的物质基础。鱼类精子库、细胞库是保存鱼类种质的重要手段。在上世纪80年代中期,我国在鱼类精子、胚胎冷冻保存和细胞系建立上相当薄弱,缺乏鱼类种质冷冻保存的有效技术和精子库、细胞库。

大学毕业后的陈松林进入中国水产科学研究院长江水产研究所从事鱼类生殖生理和繁殖技术研究,主要参加国家科技攻关项目“淡水鱼类精子冷冻保存技术”的研究。他作为骨干力量完成了淡水鲤科鱼类精液冷冻保存和精子库建立的课题研究;研制了主要鲤科鱼类精子冷冻稀释液,创新了冷冻保存方法,建立了我国第一座鱼类精子银行。

2000年,陈松林完成了在德国3年的访问学者和合作研究后来到黄海水产研究所工作,将他们建立的淡水鱼类精子冷冻保存技术应用到海水鱼类上,又成功建立了花鲈、大菱鲆和半滑舌鳎等10多种海水鱼类精子冷冻保存技术和精子银行。

在此期间,陈松林还在国内率先开展了鱼类胚胎干细胞培养的研究,建立了花鲈、真鲷等鱼类胚胎干细胞系,以及牙鲆、大菱鲆、半滑舌鳎等10多种海水养殖鱼类胚胎和组织细胞系共计25个,成为建立鱼类细胞系最多的实验室。

2006年以海淡水鱼类精子和胚胎冷冻保存及细胞系建立等为重要内容的鱼类种质低温冷冻保存技术的建立和应用成果获国家技术发明奖二等奖,陈松林为第一完成人。迄今,鱼类精子冷冻保存和细胞培养技术已广泛应用在全国各地的鱼类精子冷冻保存和精子、细胞库建设中,推动了我国鱼类种质保存和细胞培养的研究进程。

水产科学高峰的探路人

脊椎动物性染色体的起源和进化以及性别决定机制一直是生物学界的研究热点,半滑舌鳎的雌性比雄性大2~4倍,是目前发现的雌雄生长差异最大的鱼类之一。为什么雄鱼长不大?是否存在雄性决定基因?雄鱼比例为何还高达80%?带着这些问题,陈松林及其团队开展了半滑舌鳎雌鱼和雄鱼全基因组测序和精细图谱绘制。

在中国工程院院士唐启升的支持和推动下,陈松林牵头、联合深圳华大基因研究院和德国Wuerzburg大学经过4年多的联合攻关,完成了国际上第一种比目鱼类—半滑舌鳎全基因组解析。

他们通过雌雄鱼基因组序列比对,发现了性别连锁微卫星标记,采用这个标记发现半滑舌鳎养殖苗种中存在少数遗传上雌性、表型上雄性的伪雄鱼。通过伪雄鱼家系和正常雄鱼家系后代遗传性别和生理性别比例的比较,他们发现伪雄鱼后代中95%的鱼为雄鱼,表明伪雄鱼后代更容易变成伪雄鱼。他们通过全基因组甲基化分析发现伪雄鱼后代继承了伪雄鱼的甲基化模式,揭示了性逆转的表观遗传调控机制,阐明了养殖苗种中雄鱼比例高的奥秘和形成机制;进一步发现dmrt1基因是半滑舌鳎Z染色体连锁、精巢特异表达的雄性决定基因;建立了半滑舌鳎基因组编辑技术,采用该技术将雄性决定基因敲除后提高了雄鱼的生长速率,接近雌鱼的大小。

为了研究牙鲆体型不对称的分子机制,陈松林带领研究团队与上海海洋大学教授鲍宝龙等合作,开展了牙鲆全基因组测序与组装,他们发现了一些变态发育相关的基因在有眼侧和无眼侧的表达存在明显差异,系统揭示了甲状腺激素和视黄酸信号通路在比目鱼眼睛移动过程中的拮抗作用;发现视蛋白在鱼类皮肤中也有表达,揭示了比目鱼体色左右不对称形成的分子机制。这项发现不仅为达尔文进化论关于不对称的进化起源提供了新的注解,同时为理解脊椎动物形态发育提供了新的线索。

成果服务产业的执行者

科研成果只有在推动经济发展中发挥作用,才能开花、结果。尽管半滑舌鳎人工繁殖和苗种规模化培育已经成功,但半滑舌鳎雌、雄个体生长差异巨大,雄鱼生长缓慢且比例高达70~90%的问题严重限制了半滑舌鳎苗种的推广和养殖产业的发展。产业的需求就是科研人的研究方向,渔民的难题就是科研人的研究课题。

在研究早期,陈松林团队发现在人工养殖条件下有少量遗传雌鱼会性反转为生理雄鱼(即伪雄鱼)。通过半滑舌鳎雌、雄鱼全基因组测序和比对,他们又筛选到半滑舌鳎性别连锁微卫星标记,发明了遗传性别鉴定的分子技术,建立了高雌性苗种制种技术,将苗种的生理雌鱼比例提高了20%左右,比原来翻了一倍,将养殖产量提高了20%以上。

同时,陈松林团队还率先突破了半滑舌鳎人工雌核发育技术难关,发展了人工催产和雌核发育诱导等技术方法,为性别控制和单性育种提供了技术手段。他一边进行创新性研究、一边进行成果推广应用。近几年来,他们的技术发明在全国沿海地区半滑舌鳎养殖场进行了产业化推广应用,并产生了40多亿元的经济和社会效益。

牙鲆是我国另一种重要海水养殖鱼类,其养殖业年产值达20多亿元。针对牙鲆存在生长较慢、病害严重、缺乏高产、抗病优良品种等问题,陈松林主持开展了牙鲆高产抗病分子育种技术的研究,通过杂交和家系选育培育出我国鲆鲽鱼类首个新品种——“鲆优1号”快速生长牙鲆,其生长速度比普通牙鲆提高20%以上、成活率提高20%,现已在山东、福建和天津等沿海省市实现了产业化养殖,产生了重大的经济和社会效益。

30多年来,陈松林围绕我国鱼类种业发展和种质保存中的重大科学与技术问题,先后主持承担了国家“973”“863”、公益性行业科研专项和国家基金重点等项目30多项;取得多项创新性成果,培育新品种2个,获国家发明奖二等奖2项、国家科技进步奖二等奖1项。这些成果推广应用后累计产生约70亿元产值。

展望未来,陈松林表示,鱼类性别控制和抗病分子育种仍然是他工作的两大主题。

“一方面还是以鲆鲽鱼类为材料,继续开展性别决定基因筛选和分子性控技术的研究,同时,将我们的技术应用到其他鱼类,建立分子性控技术,培养生长快速的单性苗种。另一方面就是抗病分子育种,现在我们建立了牙鲆基因组选择的抗病育种技术,接下来就是进行产业化应用,规模化培育抗病高产苗种并进行推广应用,同时将这个基因组选择育种技术推广到其他鱼类上,为我国鱼类抗病高产良种培育和种业发展提供新的技术手段。相信在未来几年我国将会有更多的抗病高产鱼类良种问世。”他说。(记者 唐凤 仇梦斐 通讯员 刘玮)

中国鳗鱼网报道

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