破解优良扇贝基因密码

本文转自：半岛都市报

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破解优良扇贝基因密码

中国工程院院士、中国海洋大学教授包振民获省科技奖最高奖

包振民院士与团队成员在交流扇贝育种问题。(摄影:刘莅) 半岛全媒体记者王丽平

今年62岁的包振民院士依然保留着浓重的烟台口音,这位从事海洋生物研究40余年的“大海的儿子”,已经将海的基因深深刻入生命中。他让扇贝这一海中珍馐走入寻常百姓家,完成多种贝类基因组精细图谱,建立了水产生物分子育种平台,引领水产种业科技发展。在此次山东省科学技术奖励大会上,中国工程院院士、中国海洋大学海洋生命学院教授包振民获得2022年度山东省科技奖最高奖。

将理论与百姓生活结合

包振民于1961年出生在烟台一个普通家庭里,母亲是小学教师,工作繁忙,父亲是乡镇干部,经常被外派,聪明、成绩又好的他让父母省心不少,5岁就上了小学。

“我喜欢看书,但苦于家里书少。”后来,包振民家附近开了个小书店,营业员是位下乡知青,与包振民家很熟,所以“被放养”的他就经常到书店看书,“那里就成了我的专属‘图书馆’了。”在“图书馆”里,时间过得飞快。就这样,看书快、看书杂的他,小时候看了大量书。“到现在我也是眼睛不能闲着,就连坐出租车车上的传单我也会看看是什么内容。”包振民说,后来他发现好奇心是做科研的最好向导。

1978年,包振民参加高考,成绩位列全县前茅。有着浓厚海洋情结的他,在填报志愿时毫不犹豫地选择了山东海洋学院(中国海洋大学前身)生物学专业,在这里,包振民开启了他与海洋生物近半个世纪的不解之缘。

本科期间,包振民到方宗熙教授实验室做毕业论文,“方老师研究生物遗传学,这为我在生物遗传方面打下了良好基础。”1982年包振民本科毕业留校任助教,一步步做到讲师、副教授、教授。

读博期间,包振民遇到了另一位对他影响深远的老师——中国海洋大学贝类学家王如才教授,“王老师心胸宽广、纯粹厚道,关心年轻人,在我心里他就像圣人一般的存在。”包振民说,王教授是贝类养殖学家,建立了扇贝苗种生产技术和人工养殖技术,扇贝在他心里有很重的地位。作为王教授非常看重的一名学生,王如才教授也希望包振民能将扇贝继续研究下去。

当时作为海产八珍之一的扇贝,就像奇味珍馐一般,平常百姓很难吃得到。“王老师经常教导我们,要把理论和老百姓的生活结合起来。”所以,研究扇贝、将优质扇贝端上普通百姓饭桌的想法,在包振民心里种下了种子。

后来,以王如才教授为代表的专家学者陆续攻克了扇贝半人工采苗技术、室内全人工育苗等技术,扇贝养殖这一产业在我国逐渐兴起,被称为海水养殖业的第三次浪潮。

把实验室搬到养殖场

到了20世纪90年代后期,扇贝养殖业暴发了大规模流行病害,一度成为制约我国扇贝养殖业发展的大难题。因此,培育高产抗病良种被提上日程,这一任务就落在了这一代科研人的肩上,时任海洋生命学院副院长的包振民和团队争分夺秒开始投入这一课题攻关。

“育种最根本要考虑的是能否实现更高经济效益,投入少、产量高。”包振民说这是渔民们最大的诉求。为了更贴近天然养殖环境,包振民将育种实验从实验室搬到了渔民养殖场里,将选育种工作与产业无缝衔接。风高浪急、潮气侵扰,包振民带领团队在黄、渤海区多地进行着实验,与当地渔民同吃同住,每天穿梭于育苗场间。

在养殖场里做实验的过程中,包振民和团队受到了许多启发,“这是书本里、实验室里得不到的。”包振民说,比如并不需要像以前书本上教的那样对扇贝经常换水,一个小桶就能在车间里进行扇贝养殖实验。

实验不断深入,科研有了诸多突破,“育种评价的核心是找出能把优良性状传给后代的亲本,如果想要培育出个体大的扇贝,不是只选表型是大的,而应该选遗传本质是大的,将能把大的特质传给后代作为选种评价标准。”包振民说。

经过数年研究,包振民和团队在扇贝的分子标记、数量遗传育种、分子标记辅助育种等方面取得突破性进展,创建了以BLUP育种技术为核心的扇贝育种技术体系。在这个过程中团队发现了一种贝壳呈红色的扇贝品系,其多项表征都很优秀,在此基础上,2005年,团队培育出了一种扇贝新品种,其生长速度快、产量高、肉柱大、抗逆性强、遗传性能稳定,“生长速度是野生扇贝的1～2倍。”由于培育地是在蓬莱海域,所以取名“蓬莱红”。

引领种业颠覆性技术

育种是个连续的过程,需要不断精进。在此之后,包振民和团队步履不停,在“蓬莱红”优良品种的基础上继续进行“蓬莱红2号”的培育工作。

21世纪初,全基因组选择育种成为育种领域的前沿技术,不过当时还没有科学家将这一技术应用到水生生物育种中。要进行全基因组选择,就要掌握高通量基因分型技术。“高通量基因分型通俗点说,就是检测位点数、检测样本量非常大,百万、千万来计。”包振民介绍,此前,国际上对畜牧动物进行高通量基因分型时,需要用基因芯片进行检测,但DNA芯片价格昂贵,需要专用仪器设备,他们迫切需要把检测成本降下去。

经过不断探索,团队建立了简并基因组技术和液相芯片技术,将他们拥有良好基础的分子标记技术与当时国际上刚刚提出的全基因选择育种相结合,开发了全基因组遗传效应评估的算法模型,经过无数次实验、数不清的方案推倒重来,最终研发出了贝类全基因组分型技术,大幅降低了育种评估的成本。

基于这一技术,2013年,团队培育出“蓬莱红2号”,这是我国首个采用全基因组育种技术培育的水生生物新品种,产量提高25.4%。目前全基因组分型技术不仅应用在水产上,还应用到了农业、医学上,成为引领种业创新发展的颠覆性技术,带来了巨大经济效益,为国际同行瞩目。相关成果获得2018年国家技术发明奖二等奖。

到目前为止,包振民团队已培育出了10个水产新品种,大大提高了育种的准确率和效率,加快了良种选育。良种育成时间从第一代的10年缩短到了现在的4～5年。我国扇贝年产量也从上世纪60年代的20多吨,上升为如今的年产量近200万吨,价位也随之下行,真正实现了让海产珍馐走入寻常百姓家。