我國(guó)是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)。魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有重要的地位和作用，2023年我國(guó)漁業(yè)年鑒統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖產(chǎn)量占我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量的一半以上。

由于很多魚(yú)類(lèi)雌雄之間都存在個(gè)體大小、生長(zhǎng)速率等方面的顯著差異，且在養(yǎng)殖條件下，這些差異表現(xiàn)得更加明顯。因此通過(guò)性別控制來(lái)培育優(yōu)勢(shì)性別的單性群體，成為提升魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。日前，中國(guó)科協(xié)發(fā)布了2023年十大產(chǎn)業(yè)技術(shù)問(wèn)題，“如何實(shí)現(xiàn)生殖干細(xì)胞精準(zhǔn)移植技術(shù)在養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)單性種質(zhì)創(chuàng)制中的廣泛應(yīng)用”被列入其中。

作為前沿育種技術(shù)，生殖干細(xì)胞移植技術(shù)是什么？在養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)單性種質(zhì)創(chuàng)制應(yīng)用中，該技術(shù)面臨的難點(diǎn)又是什么？對(duì)此，記者采訪(fǎng)了有關(guān)專(zhuān)家。

實(shí)現(xiàn)跨亞科物種間的“借腹”生殖

細(xì)胞是生物體最基本的結(jié)構(gòu)和功能單位。生殖干細(xì)胞是指具有自我更新能力，又能分化成子代細(xì)胞的生殖細(xì)胞。胚胎期的生殖干細(xì)胞叫作“原始生殖細(xì)胞”。當(dāng)生物個(gè)體進(jìn)入青春期，原始生殖細(xì)胞既可分化為雄性體內(nèi)的生殖干細(xì)胞，即精原干細(xì)胞，又可分化為雌性體內(nèi)的生殖干細(xì)胞，即卵原干細(xì)胞。隨著個(gè)體成熟，精、卵原干細(xì)胞最終會(huì)分別分化為功能性配子，即精子和卵子。精子和卵子結(jié)合后又可以形成一個(gè)新胚胎。

生殖干細(xì)胞移植技術(shù)是指將供體的生殖干細(xì)胞移植到另一個(gè)同種或異種個(gè)體（即受體）的體內(nèi)，供體的生殖干細(xì)胞將在受體的性腺中增殖、分化，并最終發(fā)育為功能性配子。因此生殖干細(xì)胞移植技術(shù)也被形象地稱(chēng)為“借腹懷胎”技術(shù)。

中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所基因組室主任、研究員邵長(zhǎng)偉說(shuō)，作為前沿育種技術(shù)，生殖干細(xì)胞移植技術(shù)應(yīng)用在性成熟時(shí)間長(zhǎng)、育種周期長(zhǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖生物中，可大幅縮短育種周期、顯著提升育種效率，從而提供一種更快速、更有效的育種方法。這項(xiàng)技術(shù)還可與基因編輯或表觀基因編輯等技術(shù)相結(jié)合，將經(jīng)過(guò)編輯改造的生殖干細(xì)胞移植到生物體內(nèi)，使其在體內(nèi)發(fā)育成為具有特定遺傳特征的個(gè)體，從而為優(yōu)異性狀定向改良提供了一種更精準(zhǔn)可靠的育種方法，大大加速育種進(jìn)程。

“有些魚(yú)類(lèi)的性成熟周期為幾年甚至十幾年，育種周期很長(zhǎng)。因此通過(guò)‘借腹’生殖技術(shù)將這些魚(yú)類(lèi)的生殖干細(xì)胞移植到繁殖周期短的魚(yú)類(lèi)體內(nèi)，可縮短育種周期，提升育種效率。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究員桂建芳說(shuō)，生殖干細(xì)胞移植技術(shù)提升育種速率，目前甚至已實(shí)現(xiàn)跨亞科物種間的“借腹”生殖。

新技術(shù)將突破移植的難點(diǎn)堵點(diǎn)

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，魚(yú)類(lèi)生殖干細(xì)胞移植技術(shù)已趨于成熟，但仍有問(wèn)題亟待解決。中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所王倩博士說(shuō)，供體生殖干細(xì)胞系難于長(zhǎng)期培養(yǎng)、受體內(nèi)源性生殖干細(xì)胞不易全部清除、傳統(tǒng)移植方式存在非定向性遷移等因素，限制了該技術(shù)在養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)單性種質(zhì)創(chuàng)制中的廣泛應(yīng)用。因此，需要從生殖干細(xì)胞移植三要素，即供體、受體、移植三方面出發(fā)，不斷對(duì)該技術(shù)進(jìn)行難點(diǎn)突破與優(yōu)化升級(jí)。

在生殖干細(xì)胞移植的供體方面，由于原始生殖細(xì)胞數(shù)量比較少，存在時(shí)期短，獲得數(shù)量極為有限，限制了其應(yīng)用范圍。王倩說(shuō)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新有望實(shí)現(xiàn)生殖干細(xì)胞的體外穩(wěn)定培養(yǎng)，解決上述問(wèn)題。目前，研究人員已成功建立了虹鱒、中華烏塘鱧、馬口魚(yú)、紅鰭東方鲀等魚(yú)類(lèi)的長(zhǎng)期穩(wěn)定培養(yǎng)的精原干細(xì)胞系，為生殖干細(xì)胞移植提供穩(wěn)定的供體材料。

在生殖干細(xì)胞移植的受體方面，由于受體自身的配子發(fā)生會(huì)優(yōu)于供體來(lái)源的配子發(fā)生，導(dǎo)致供體生殖干細(xì)胞產(chǎn)生的配子遠(yuǎn)少于受體產(chǎn)生的配子。因此，需要對(duì)受體進(jìn)行不育處理，使其為供體生殖干細(xì)胞提供一個(gè)可以發(fā)育成熟并產(chǎn)生功能性配子的微環(huán)境。王倩說(shuō)，目前制備魚(yú)類(lèi)不育受體的方法主要有三倍體誘導(dǎo)、雜交、高溫—化學(xué)藥物處理法、生殖細(xì)胞發(fā)育關(guān)鍵基因編輯等方法，但上述技術(shù)和方法均存在不同的問(wèn)題。因此，研發(fā)一種操作簡(jiǎn)便、適用性強(qiáng)，還能保證內(nèi)源性生殖干細(xì)胞高效清除的高通量受體不育技術(shù)，對(duì)生殖干細(xì)胞移植至關(guān)重要。目前，王倩所在的中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所已研發(fā)了一種不依賴(lài)于顯微注射技術(shù)的基因編輯不育受體制備技術(shù)，為提高不育受體制備效率奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

在移植方面，王倩介紹，生殖干細(xì)胞移植實(shí)驗(yàn)通常在魚(yú)類(lèi)的幼魚(yú)期、成魚(yú)期通過(guò)腹腔注射或通過(guò)“外科手術(shù)”注射到性腺內(nèi)等方式進(jìn)行。幼魚(yú)期注射定植率高，但對(duì)受體傷害大；而成魚(yú)期注射受體成活率高，但定植率降低。同時(shí)提高受體成活率和定植率，成為促進(jìn)生殖干細(xì)胞移植技術(shù)完善升級(jí)的關(guān)鍵。

借助細(xì)胞靶向技術(shù)，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所近日開(kāi)發(fā)了海水魚(yú)類(lèi)中首個(gè)特定組織（精巢）靶向性多肽，讓生殖干細(xì)胞能以“自動(dòng)識(shí)別”方式高效傳遞到幼魚(yú)精巢內(nèi)。“將該技術(shù)運(yùn)用到生殖干細(xì)胞移植中，有望實(shí)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)生殖干細(xì)胞快速、高效、精準(zhǔn)移植。”王倩說(shuō)。

可應(yīng)用于珍稀瀕危魚(yú)類(lèi)保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域

在過(guò)去幾十年間，我國(guó)利用種間雜交、人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育、生殖內(nèi)分泌調(diào)控及其與性別特異分子標(biāo)記結(jié)合等技術(shù)培育了一批廣受市場(chǎng)歡迎的單性魚(yú)類(lèi)新品種，比如雜交鱧“雄鱧1號(hào)”、黃顙魚(yú)“全雄1號(hào)”、牙鲆“北鲆1號(hào)”、翹嘴鲌“全雌1號(hào)”和虹鱒“全雌1號(hào)”等。

邵長(zhǎng)偉說(shuō)，通過(guò)生殖干細(xì)胞移植進(jìn)行性別控制，是未來(lái)單性育種的重要發(fā)展方向。其中，構(gòu)建體外生殖干細(xì)胞穩(wěn)定傳代體系、進(jìn)行受體不育系高效制備、開(kāi)展生殖干細(xì)胞靶向性修飾，有助于建立高效精準(zhǔn)的育種技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)單性新種質(zhì)的精準(zhǔn)化、規(guī)?；瘎?chuàng)制，加速育種進(jìn)程，大幅降低制種風(fēng)險(xiǎn)和成本，并為海水養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)單性種質(zhì)規(guī)?；瘎?chuàng)制提供新思路。

中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院教授易梅生等在發(fā)表的《魚(yú)類(lèi)干細(xì)胞育種技術(shù)回顧與展望》一文中指出，生殖干細(xì)胞移植在魚(yú)類(lèi)育種中表現(xiàn)出育種時(shí)間短、效率高的顯著優(yōu)勢(shì)，但該技術(shù)操作難度大、技術(shù)體系尚未完全成熟，在不同魚(yú)類(lèi)中應(yīng)用還存在一些共性問(wèn)題，因此尚需進(jìn)一步完善。

除了養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)單性種質(zhì)創(chuàng)制外，該技術(shù)還可應(yīng)用在保存魚(yú)類(lèi)種質(zhì)資源、維持物種多樣性、保護(hù)珍稀瀕危魚(yú)類(lèi)等領(lǐng)域。比如中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所研發(fā)了中華鱘生殖細(xì)胞移植技術(shù)，用于保護(hù)國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物中華鱘?！吧掣杉?xì)胞移植技術(shù)，不僅是單性種質(zhì)創(chuàng)制的前沿育種技術(shù)，更是水產(chǎn)遺傳育種領(lǐng)域未來(lái)的攻關(guān)重點(diǎn)?！鄙坶L(zhǎng)偉說(shuō)。

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