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近日，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所桂建芳院士團(tuán)隊(duì)在Science China Life Sciences在線發(fā)表了題為“Causal gene identification and desirable trait recreation in goldfish”的研究論文（被選為封面文章）（圖1左）。
圖1 Science China Life Sciences2021年第64卷第7期和2022年第65卷第12期的封面
金魚起源于中國(guó)的雙二倍體鯽（Carassius auratus），已有1800多年的歷史，為我國(guó)“國(guó)粹”之一。金魚從原始的金紅色鯽魚歷經(jīng)了家化時(shí)代、盆養(yǎng)時(shí)代和人工選擇育種時(shí)代，期間金魚的眼睛、頭瘤、鱗片、體型、鰭條等多個(gè)部位發(fā)生了形態(tài)突變并被保留下來(lái)。攜帶這些突變的金魚經(jīng)過(guò)雜交和選擇育種形成了當(dāng)今300多個(gè)以傳統(tǒng)俯視觀賞為主的金魚品系。隨著基因組測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，金魚多個(gè)突變性狀的候選基因被鑒定（Kon et al., 2020, Chen et al., 2020），但尚未在金魚中得以驗(yàn)證。
該團(tuán)隊(duì)前期的研究表明金魚龍睛性狀和脂質(zhì)代謝異常有關(guān)（Yu et al., Sci China Life Sci, 2021, 64(7): 1031–1049，封面論文，圖1右）。在此基礎(chǔ)上，他們通過(guò)BSA重測(cè)序和 RNA-seq相結(jié)合的分析方法，鑒定出龍睛性狀是由低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白2aB (low-density lipoprotein receptor-related protein 2aB, lrp2aB) 發(fā)生突變所致。與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)突破了金魚高效繁育技術(shù)，將金魚繁殖一代所需的時(shí)間縮短至3–4個(gè)月，且能全年產(chǎn)卵（產(chǎn)卵次數(shù)最多的金魚，福布斯世界紀(jì)錄；一種百褶裙泰獅金魚的批量繁育方法，專利號(hào)：ZL202110089137.9）。隨后，他們聯(lián)合基因編輯、高效繁育、人工雌核生殖和性控育種創(chuàng)建出金魚精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)（圖2）。一般情況下，傳統(tǒng)雜交育種技術(shù)需要7-10代才能選育出穩(wěn)定地耦合兩個(gè)優(yōu)勢(shì)性狀的金魚新品系，且后代個(gè)體間仍然存在表型變異。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的金魚精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)，僅需兩代（約8個(gè)月）就可以創(chuàng)造出穩(wěn)定遺傳的、具有高觀賞價(jià)值的金魚新品系。
圖2 傳統(tǒng)雜交和人工選擇育種與精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種模式圖
運(yùn)用該技術(shù)，他們成功證實(shí)lrp2aB和眼皮膚白化病2型（oculocutaneous albinism type II，oca2)分別是金魚龍睛和白化性狀的因果基因。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，金魚演化歷程中經(jīng)歷的異源四倍化事件產(chǎn)生的重復(fù)基因走向了不同的演化命運(yùn)。金魚的lrp2aA被丟失，僅保留了lrp2aB；盡管oca2的兩個(gè)部分同源基因（oca2A和oca2B）都被保留但功能發(fā)生了歧化，它們協(xié)同但差異調(diào)控金魚的體色和眼睛黑色素形成。更為重要的是，該團(tuán)隊(duì)成功地將龍睛性狀和白化性狀精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移到當(dāng)下流行的、適合側(cè)視觀賞的百褶裙獅子頭金魚中，從而在一年內(nèi)快速創(chuàng)建出適合側(cè)視觀賞的龍睛百褶裙獅子頭金魚“龍獅”、金色紅眼百褶裙獅子頭金魚“金兔”、碧玉紅眼百褶裙獅子頭金魚“玉兔”（一種玉兔百褶裙泰獅金魚的創(chuàng)制方法, 專利號(hào)：ZL 202110089143.4）、以及“金獅”和“虎紋”等十余個(gè)金魚新品系（圖3）。
圖3 基于精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)創(chuàng)建的金魚新品系
該研究鑒定了金魚龍睛性狀和白化性狀的因果基因，創(chuàng)建了一種可以在金魚以及其它水產(chǎn)養(yǎng)殖魚類中快速重現(xiàn)目標(biāo)性狀的方法，為金魚從頭馴化和魚類精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
余鵬博士為該研究的第一作者，桂建芳院士和周莉研究員為通訊作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0901202)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDB31000000）、武漢市知識(shí)創(chuàng)新專項(xiàng)（2022020801010143）等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接: https://doi.org/10.1007/s11427-022-2194-7