Page 15 - 《水产学报》2023年第1期

陈松林，等 水产学报, 2023, 47(1): 019102

鱼类养殖业是保障我国粮食安全的重要产业， 问题，如半滑舌鳎等鱼类雄鱼个体小、生长慢的
2021 年我国水产养殖产量 5 394 万 t，其中鱼类产 问题，鲤、鲫和鳊等淡水鲤科养殖鱼类的肌间刺
量为 2 824 万 t，占比 52%。我国水产养殖产量占 等问题，都是依靠传统育种技术难以解决的，必
世界的 60% 以上，稳居世界水产养殖第一大国位 须借助现代分子育种技术才能解决，而基因组编
置，为解决我国城乡居民吃鱼难、增加优质动物 辑技术便是最有潜力的现代分子育种技术之一。
蛋白供应、提高全民营养健康水平、保障我国食
1 基因组编辑技术简介
物安全和促进全球水产品有效供给均做出了重要
贡献。但随着鱼类养殖业的快速发展，一些问题 基因组编辑技术是指可以对生物体基因组进
相继出现，甚至长期存在。例如，许多养殖鱼类 行定点修饰的一种基因操作技术，如点突变、基
存在生长较慢、养殖周期长、经济效益不高的问 因敲除、多位点同时编辑、小片段甚至大片段
题；绝大多数养殖鱼类出现种质退化、抗病力差 DNA 删除、DNA 重排、基因表达开启和关闭、
及病害频发的问题，每年造成经济损失多达数百 基因沉默和激活、引导编辑以及外源基因定点敲
亿元；鱼类养殖业中普遍存在某一性别生长慢、 入等。基因组编辑技术主要包括 ZFN (Zinc Finger
产量低、商品价值不高、影响产业发展的问题。 Nucleases， 锌 指 核 酸 酶 技 术 ) 、 TALEN (Tran-
[1]
例如，大黄鱼 (Larimichthys crocea) 和半滑舌鳎 scription Activator-Like Effector Nucleases，转录激
(Cynoglossus semilaevis) 等海水养殖鱼类雌鱼比雄 活因子样效应物核酸酶技术) 和 CRISPR (Clust-
[2]
鱼大 30%~400%，雄鱼生长慢、个体小；而黄颡 ered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，
鱼 (Pelteobagrus fulvidraco) 和罗非鱼等淡水养殖 成簇规律间隔短回文重复序列技术) 等 3 种人工
[3]
鱼类雄鱼比雌鱼大 35%~200%，雌鱼生长明显慢 核酸内切酶介导的基因修饰技术。
于雄鱼；另外，鲫 (Carassius auratus)、鲤 (Cyp- ZFN 是最早报道的可用于基因组定点改造的
rinus carpio)、鳊 (Parabramis pekinensis) 等许多鲤 人工核酸酶。ZFN 由锌指蛋白 (Zinc finger protein，
科鱼类有肌间小刺，降低商品价值，影响大众消 ZFP) 结构域和核酸内切酶 FokI 切割结构域人工融
费。上述这些问题严重影响了鱼类养殖业的绿色 合而成 。其中，ZFP 特异识别并结合靶 DNA 序
[4]
高质量发展。 列，而 Fok I 通过二聚化造成识别位点之间的
为解决上述问题，过去 20 多年来，我国水 DNA 双链断裂，随后生物体通过自我修复机制如
产科技工作者针对不同鱼类开展了良种培育的研 同源重组 (homologous recombination，HR) 或非同
究，并取得重要进展。据统计，截至 2022 年，我 源末端连接 (non-homologous end joining，NHEJ)
国共审定水产新品种 266 个，其中鱼类新品种 将断裂处修复，以达到定向编辑 DNA 的目的 [1, 5] 。
134 个，占比 50%。其中，鱼类代表性的新品种 ZFN 技术属于第一代人工核酸酶基因组编辑技术，
包括“中科 3 号”鲫、“中科 5 号”鲫、湘云鲫、合 问世不久就被新的基因组编辑技术所取代。
方鲫，福瑞鲤和“建鲤 2 号”鲤，“鲆优 2 号”和“北 TALEN 技术是基于 TALE 蛋白特异识别并
鲆 2 号”牙鲆 (Paralichthys olivaceus)，“丹法鲆”和“ 结合 DNA 碱基的原理，将 TALE 与 FokⅠ的切割
多宝 2 号”大菱鲆 (Scophthalmus maximus)，“鳎优
结构域融合，产生能够在特定基因组位点制造双
1 号”半滑舌鳎，“龙虎斑”和“云龙斑”石斑鱼
链断裂的融合酶—TALEN，属于第二代人工核酸
（Epinephelus spp.），“闽优 1 号”和“东海 1 号”大
酶基因组编辑技术。与 ZFNs 相比，TALENs 具有
黄鱼等，这些新品种对于我国鱼类养殖业的快速
更广泛的 DNA 序列识别特性，并且识别特异性和
发展、解决人民吃鱼难的问题发挥了重要作用。
切割效率进一步提高。因此，TALEN 技术一经问
但我国鱼类种业中也存在一些短板和不足。例如，
世就很快应用于斑马鱼 (Danio rerio)、牛、大/小
绝大多数新品种是采用传统杂交、群体选育和家
系选育技术培育而成，选育性状比较单一，主要 鼠及养殖鱼类等物种的基因组编辑研究。不过，
是生长性状，特别是选育周期长、选育效率低等 TALE 的串联难度比较大，操作比较复杂，影响
问题严重影响了鱼类突破性重大新品种的培育。 了 TALEN 技术的规模化应用。
而采用分子标记辅助性控、基因组选择等现代分 鉴于 ZFN 和 TALEN 基因组编辑技术都依赖
子育种技术培育的具有抗病、抗逆、优质、高产 于 DNA 特异性结合蛋白的组装、合成，尽管已有
等多个优良性状的突破性新品种很少；有些产业 多种方法能快速组装表达载体、翻译特异蛋白，

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