中国水产科学研究院黄海水产研究所在海水虾蟹基因组组装及生态适应性机制研究方面取得重要进展
针对我国海水虾蟹生物种质资源创新利用不足、缺乏养殖抗逆良种等问题，中国水产科学研究院黄海水产研究所李健研究员带领的海水池塘生态养殖创新团队围绕“良种培育和绿色养殖关键技术研发”研究方向，在海水虾蟹基因组组装和生态适应机理解析与利用等方面取得了重要进展。完成了虾蟹高质量基因组组装，为海水养殖虾蟹重要经济性状遗传解析和全基因组选择育种奠定了基础。完成了中国对虾和三疣梭子蟹的高质量染色体级基因组组装，基因组大小分别为1.47 Gb和1.2 Gb，contig N50分别为472.84 Kb和108.7 Kb，组装的中国对虾基因组连续性和完整性在经济甲壳类物种中处于先进水平；发现中国对虾基因组中与病毒感染相关的基因家族显著收缩，可能与该物种易感病毒性疾病有关，中国对虾“黄海1号”生长、视觉和行为等相关基因在选育过程中受到了人工选择；首次将中国对虾性染色体定位在7号染色体上，率先将三疣梭子蟹和脊尾白虾性别决定区域特异定位于24号和3号连锁群，初步判断中国对虾和脊尾白虾为ZW型性别决定类型，三疣梭子蟹为XY型性别决定类型，成功建立了3种虾蟹高效遗传性别鉴定技术。研究成果为养殖虾蟹重要经济性状遗传机制解析奠定基础，为建立虾蟹性别控制技术提供重要依据。
图1 虾蟹基因组组装及相关研究
解析虾蟹对环境胁迫因子的生态适应机制，为虾蟹抗逆品种的培育提供科学依据。查明氨氮、盐度、碱度和温度等环境因子胁迫能显著降低虾蟹非特异性免疫和抗氧化系统功能，造成鳃和肝胰腺组织损伤，机体可通过p53介导的线粒体通路引发细胞凋亡，以适应环境变化；三疣梭子蟹通过激活鸟氨酸-尿素等途径进行信号传导响应氨氮胁迫，谷氨酸脱氢酶去氨化和谷氨酰胺合成是解毒重要途径；发现HSP10和HSP40等分子伴侣在脊尾白虾高温耐受中发挥重要作用；脊尾白虾可耐受10 mmol/L的中等程度碳酸盐碱度胁迫，揭示其鳃片间细胞数目显著增多，并趋向于分化为离子细胞的适应机制。研究结果为虾蟹抗逆良种选育提供理论支持。
图2 虾蟹对不同环境因子适应性
培育3个环境适应能力强的国审水产新品种，为虾蟹养殖绿色发展提供保障。创建了适用于虾蟹生态适应性状的基因组选择育种技术，结合传统群体、家系、配套系和近交系等选育方法，培育出耐高pH胁迫能力强的中国对虾“黄海4号”（GS-01-003-2020，耐高pH胁迫能力提高16.3%-32.2%）、生长速度快的脊尾白虾“黄育1号”（GS-01-005-2017，生长速度提高18.4%）和耐低盐能力强的三疣梭子蟹“黄选2号”（GS-01-006-2018，耐低盐能力提高13.1%）3个国审新品种，还建立了耐盐碱能力强的脊尾白虾和耐低温能力强的日本对虾新品系各1个。其中，中国对虾“黄海4号”和脊尾白虾“黄育1号”新品种分别获第二十二届和第二十一届中国国际高新技术成果交易会“优秀产品奖”。2016年以来，累计培育中国对虾良种亲虾6.5万尾、优质仔虾苗种48.9亿尾；三疣梭子蟹良种亲蟹1.39万只、优质苗种1.93亿只；脊尾白虾良种亲虾17.48万尾；日本对虾耐低温新品系亲虾5178尾、苗种1.5亿尾。新品种在山东、河北、辽宁、江苏、浙江等主产区示范推广养殖50多万亩，示范区内虾蟹良种覆盖率达80%以上。“虾蟹多营养层次绿色养殖关键技术与示范”成果获2019年山东省科技进步一等奖。
图3 部分虾蟹新品种展示
2016年以来，团队获授权国家发明专利34件；制定国家标准2项，行业标准3项，地方标准2项；“海水池塘多营养层次生态健康养殖技术”“对虾工厂化循环水养殖技术”“对虾工厂化循环水高效生态养殖技术”3项技术被农业农村部遴选为农业主推技术；在Reviews in Aquaculture、Environmental Pollution、Molecular Ecology Resources和Genomics等高水平期刊发表学术论文20余篇。研究得到了国家重点研发计划、国家虾蟹产业技术体系岗位科学家、国家自然科学基金和山东省泰山产业领军人才等项目的资助。
