“千魚千尋”！廈大團隊用芯片選出“最優(yōu)秀”的大黃魚

科學家和大黃魚

能碰撞出怎樣的火花？

“給大黃魚‘出題’、

用芯片檢測大黃魚的基因”

在廈大

有一群科研工作者

這樣展開他們的“千魚千尋”

多年來

為解決一直困擾大黃魚養(yǎng)殖產業(yè)

的“白點病”問題

海洋與地球學院的徐鵬教授團隊

把基因大數(shù)據(jù)技術用在了魚的身上

只為找到那尾

“最優(yōu)秀”的抗病大黃魚

大黃魚與“內臟白點病”

“一次處理不好，大黃魚就可能全軍覆沒。”大黃魚養(yǎng)殖戶陳時紅說。

每年秋末、春初，是大黃魚群“白點病”的多發(fā)時期，也是養(yǎng)殖戶們最頭疼的時候。

一個大黃魚群感染后，死亡率少則30%，多則高達90%。而對養(yǎng)殖戶來說，一旦發(fā)病，就意味著幾個月的養(yǎng)殖工作全部白費。

2016年，徐鵬回到母校廈門大學任教，確立了以海水養(yǎng)殖魚類良種選育為應用研究方向。大黃魚的“白點病”，正是他所面臨的難題之一。

“產業(yè)既然提出了問題，就需要我們科研工作者做出回答?！毙禊i說。

感染白點病的大黃魚

大黃魚的“白點病”，是由海水中的刺激隱核蟲引起的寄生蟲疾病。由于海水養(yǎng)殖環(huán)境具有開放性特征，很難杜絕刺激隱核蟲對養(yǎng)殖魚類的感染。

同時，為了飼養(yǎng)方便，大黃魚大都養(yǎng)殖在封閉、換水條件不好的內灣?！凹由先斯ゐB(yǎng)殖密度較高，很容易產生病害問題?！毙禊i說。

怎么辦？

給大黃魚喂藥？不太好?？股爻赃M魚肚子里，一不小心就會出現(xiàn)藥殘超標問題。這魚一旦進了人的肚子，則對人體健康不利。

在感染的魚群中，挑出存活的大黃魚進一步繁殖？有風險。感染后存活下來的大黃魚并不天然具有抗病性；相反，它還可能成為攜帶者，在接下來的選育中傳染給整個魚群。

徐鵬選擇換一種解決思路：用全基因組選育的方法，先給大黃魚“出題”，再用芯片選出大黃魚里的“優(yōu)等生”。

找出大黃魚群里的“優(yōu)等生”

給大黃魚“出題”，也就是對大黃魚進行人工感染。這是他們育種工作的第一步。

“就像考試。有的考生能考高分，有的卻會掛科。”可在大黃魚群的里，是否也存在具有不同抗病能力的“學生”呢？

徐鵬團隊收集并孵化出了“白點病”的感染源——刺激隱核蟲的幼蟲。這些幼蟲，正是他們給大黃魚出的“考題”。

徐鵬團隊對大黃魚進行人工感染

在寧德的大黃魚育種基地，徐鵬團隊用這些寄生蟲對健康的大黃魚進行人工感染。人工感染后的結果顯示，在大黃魚養(yǎng)殖群體的內部，確實存在對刺激隱核蟲感染抗性的個體差異和多態(tài)性。

也就是說，確實存在“成績好”的大黃魚，它們沒有被感染或者感染程度較低；而那些被嚴重感染的大黃魚，則在此次考試中“掛了科”。這些“成績好”的大黃魚，正是徐鵬及其團隊所要尋找的“優(yōu)等生”。

可是，又該如何在不感染魚群的情況下，直接找出大黃魚里的“優(yōu)等生”呢？

從2016年開始，徐鵬教授團隊與寧德富發(fā)水產有限公司開展產學合作，依托大黃魚育種國家重點實驗室平臺，聯(lián)合開發(fā)了“寧芯”系列育種芯片。

“寧芯”系列芯片

由二氧化硅制作而成的小小的芯片上，分布著幾十萬個DNA探針。將從魚鰭中提取的DNA放在芯片上檢測，就能快速準確地獲取大黃魚幾十萬個基因位點的信息?！斑@些基因位點，就是抗性大黃魚的‘遺傳密碼’?！?/p>

芯片的開發(fā)，能夠幫助團隊進行大黃魚海量基因型的準確鑒定，進而在超級計算機上對隱藏在大黃魚DNA中的“遺傳密碼”與它們的“考試成績”建立關聯(lián)——這大大提高了大黃魚抗“白點病”新品系選育工作的準確性和效率。

借助于超級計算機和育種算法，大黃魚“優(yōu)等生”的秘密終于被揭曉。

“產業(yè)有需求，科學家有響應！”

2018年12月7日，徐鵬課題組和大黃魚育種國家重點實驗室的工作人員一起，進行抗“白點病”大黃魚選育系的表型測量和篩選工作。

根據(jù)事先獲得的“遺傳密碼”，他們將在此次工作中，直接篩選出具有抗“白點病”能力的大黃魚親魚，繁殖抗病后代。

徐鵬團隊在進行大黃魚選育測量工作

八個月后，他們驗證了利用基因組選擇育種獲得的選育后代的抗蟲性能。與感染“白點病”而奄奄一息的對照系大黃魚相比，他們利用基因組信息選育的抗病大黃魚后代依舊充滿活力。

從抗蟲性狀測評中可看出，抗蟲選育系的后代存活率顯著提升35.57%。

抗蟲性狀測評現(xiàn)場

這也意味著，此前通過全基因組選育技術篩選抗病大黃魚的努力，收獲了階段性成功，大黃魚抗“白點病”新品系“寧抗1號”誕生！

“產業(yè)有需求，科學家有響應?！边@句徐鵬常掛在嘴邊的話，督促著他和他的團隊不斷前行。

6年來，在徐鵬團隊的共同努力下，“寧芯”系列芯片已研發(fā)出第三代液體芯片，在降低芯片制作成本的同時大大提高了基因檢測的效率，并推廣至全國9家大黃魚育種單位應用。

大黃魚液相芯片“寧芯3號”

同時，第三代“寧抗1號”大黃魚在養(yǎng)殖戶開放海區(qū)的養(yǎng)殖效果也十分喜人。相比未經選育的普通大黃魚而言，新品系的成活率相對提升了85%。

徐鵬團隊同養(yǎng)殖戶了解“寧抗1號”大黃魚養(yǎng)殖情況

徐鵬團隊探索的腳步并未停下。通過人工智能反映大黃魚的抗性、借“跑步機”選育“運動健將”級別的大黃魚、用植物蛋白讓大黃魚“改吃素”……這些研究，都切實回應了現(xiàn)實需求，力圖解決大黃魚養(yǎng)殖產業(yè)遇到的實際問題。

“明年全部養(yǎng)你們的苗！”面對徐鵬團隊的成員，養(yǎng)殖戶俞大姐說。對徐鵬來說，與各行各業(yè)的科研工作者一起努力，保障產業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，是他一直堅持的事。

來源：廈門大學

編輯：陳娥

審核：劉寧芬 周邦在