“科研渔夫”刘少军院士
教科书中找不到的远缘杂交育种
遗传育种的本质就是获得变异群体并从中选取有用群体。远缘杂交是指亲缘关系在种间或种间以上的两个物种之间的杂交,它可以把不同物种的基因组组合在一起,能够产生表型和基因型变化尺度很大的后代,这是遗传育种的重要途径。与近缘杂交后代为二倍体相比,远缘杂交后代有可能是二倍体、三倍体、四倍体,呈现多态性。从全球范围来看,相对近缘杂交研究,针对远缘杂交的繁殖和遗传规律的研究投入远远不够。
自然界现存鱼类32000多种,是脊椎动物中物种最多的类群,其中淡水鱼约占40%,海水鱼约占60%。众多的鱼类物种为鱼类遗传育种研究提供了丰富的种质资源,也为远缘杂交育种研究提供了丰富的亲本来源。但由于鱼类远缘杂交繁殖规律和遗传规律研究的缺乏、共性育种技术的缺失,鱼类杂交研究一度出现盲目杂交,杂交成功率低、利用率低等问题。
针对上述问题,刘少军开展了长期系统的鱼类远缘杂交研究。进行了46个远缘杂交组合研究,获得了36个具有存活后代的杂交组合,在染色体水平探索出鱼类远缘杂交的遗传规律,为鱼类远缘杂交育种研究提供了遗传学方面的理论指导,并揭示出主要繁殖规律,这是我们自主创新的成果,教科书中找不到这种可借鉴和模仿的案例。
这一研究修正了远缘杂交难以形成可育品系的观点,丰富了杂交育种的理论和技术,对鱼类远缘杂交研究在基础理论和应用方面都具有重要意义。
在此基础上,刘少军院士团队创建了适用于鱼类远缘杂交和近缘杂交的一步法育种技术和多步法育种技术。利用一步法育种技术,我们研制了鳊鲴杂交鱼、鲴鲌杂交鱼、合方鲫等优质二倍体鱼类;利用多步法育种技术建立了近20个可代代相传的新型二倍体鱼品系及四倍体鱼品系,以这些可育品系为核心亲本,研制了具有生长速度快、抗逆性强、肉质好等优点的杂交翘嘴鲂、合方鲫2号等多个优质鱼类。其中合方鲫、湘云鲫2号、杂交翘嘴鲂、鳊鲴杂交鱼4个优良品种获国家水产新品种证书。合方鲫、湘云鲫2号等优质鱼类在全国多个省市推广养殖,产生了很好的经济、社会和生态效益。
经典生物学技术仍有生命力
我国从1996年开始评定水产新品种,到2021年,已经评出鱼、虾、蟹等240个水产新品种,其中超过一半的品种为鱼类新品种(121种)。水产新品种形成过程中,目前用到的最主要的生物遗传育种技术是选择育种技术和杂交技术,大约各占一半,另外有较少一部分新品种研制涉及雌核发育技术、性反转技术等。选择育种技术、杂交技术、雌核发育技术都是非常经典的生物学技术,这些经典技术支撑了绝大多数水产新品种的形成。选择育种技术在今天仍然广泛应用,在杂交技术、雌核发育技术产生的后代中都会用到选择育种技术。这也说明经典生物学技术是有生命力的,应当继续受到重视和进一步完善提升。
30多年来,在他带着团队日复一日的追问和求索中,流传多年的观点“远缘杂交难以形成可育品系”被修正了。鲤鱼、鲫鱼、金鱼之间的进化秘密,就是在几轮难忘的探究中被一点点揭开的。
2014年9月的一天,刘少军去基地巡池,当检查到鲤鱼作为母本、鳊鱼作为父本的鱼苗池时,出乎意料的事情发生了。养殖着1000多尾鱼苗的池里,除了正常的鲤鱼型或全身少鳞的鲤鱼型后代,竟出现了几十尾类似鲫鱼一样的鱼,其外部形态特征酷似自然界中的土鲫。
“犹记得当时,刘老师手里仔细揣摩着这些类似鲫鱼一样的鱼,反复地观察,念叨着这鱼儿体型非常好,头小、背高、尾柄短,像极了鳊鱼,亲自取名叫‘湘军鲫’,然后小心翼翼地放回了原池塘,仅留下三条鱼做研究,并叮嘱我们对这个池塘小心看护,重点养殖。”师从刘少军的王石博士回忆。
鲜艳活泼的锦鲤和金鱼之间是否也有着某种特殊关系?次年的鱼类繁殖季节,脑洞大开的刘少军带着团队把锦鲤和鳊鱼杂交。一年后,1000多尾杂交后代中,竟然出现了20来尾彩鲫。
“刘老师视若珍宝,单独弄了一个池子安放这些彩鲫,亲自取名叫‘湘军花鲫’,而且每天都会去看它们。”师从刘少军的王余德博士说。
彩鲫和金鱼体色及形态都很接近,两者之间是否又有故事?刘少军接着揭秘。
经过批量繁殖,成千上万尾彩鲫在池塘里活蹦乱跳。他带着团队成员把彩鲫一条条打捞进一个白色的瓷盆里,仔细观察和筛选。有时,蹲在那就是大半天,起身时脚麻了完全站不起来。终于,他们在彩鲫后代里发现了10尾金鱼!
10尾“宝贝鱼”眼睛乌黑,身子是透明的,可以看到血液的流动,不仅丰富了市场上的观赏鱼品种,也能成为很好的科研材料。
就这样通过长期系统的研究,他们找到了鲤鱼-鲫鱼-金鱼进化路线的直接证据。“在老师身上,我看到了坚持和榜样的力量,坚持才会有惊喜。”王余德说。
参考:
杰出校友刘少军院士将唯一工作站设在广州 (hnsdfz.org)
我的宝藏老师NO.1 | 刘少军:父子两院士,只为鱼满仓 - MBAChina网
科技人物丨刘少军院士:在期待中度过每一天的“科研渔民” (thepaper.cn)
瞭望|中国水产品总量30多年世界第一背后的育种贡献——专访中国工程院院士刘少军 (baidu.com)
“鱼院士”刘少军的工匠之心 - 劳动最美丽 - 新湖南 (voc.com.cn)
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