Page 16 - 《水产学报》2023年第1期

陈松林，等 水产学报, 2023, 47(1): 019102

但这两个技术非常繁琐、操作复杂、需要时间长， 新品种相同，不属于转基因生物监管范围。通过
使用成本高，难以大规模推广应用。因此，国外 基因组编辑育种技术研制的含肉量增加的真鲷
许多科学家都在探索新的基因组编辑技术。其中， (Pagrus major) 和红鳍东方鲀(Takifugu rubripes) 已
美国学者 2013 年报道了一种全新的人工核酸内切 被日本政府允许上市销售 。
①
[6]
酶-CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑技术 ，这项技 鱼类基因组编辑育种流程包括：靶标基因筛
术主要是根据细菌获得性免疫系统改造而成 [3, 7-9] 。 选、克隆与功能分析，基因组编辑载体构建，受
该技术主要利用 Watson-Crick 碱基互补配对的原 精卵显微注射及阳性鱼筛选，基因组编辑鱼建系
则，利用一段短的 RNA 分子 (single guide RNA， 与表型性状鉴定，基因组编辑亲鱼的培育、繁育
sgRNA) 识别靶 DNA 序列，同时介导 Cas9 核酸酶 与示范养殖，基因组编辑鱼的食用安全性和生态
在 DNA 的特异位点上制造双链断裂。与 ZFN 和 安全性评价、基因组编辑鱼生产许可证的申请及
TALEN 技术相比，CRISPR 技术具有识别序列更 基因组编辑鱼的商业化生产等(图 1)。
广泛、效率更高、操作更简单、成本更低、毒性
3 我国养殖鱼类基因组编辑育种研究进展
更低等优点，尤其重要的是可同时编辑任意数量
[3]
的基因 ，因此，CRISPR 技术一经问世，迅速广
随着我国第一种鱼类 (半滑舌鳎) 全基因组测
泛应用于生物基因修饰、定点突变、遗传学改造、
序的完成 ，近 8 年来，我国科学家共完成了 50
[10]
生物育种以及人类基因疾病的治疗等领域，掀起 多种养殖鱼类全基因组测序和精细图谱绘制 [11] ，
了一场生物技术的革命。 为鱼类重要性状关键基因的发掘和基因组编辑研
究奠定了重要基础。鉴于基因组编辑技术在鱼类
2 基因组编辑育种的定义与流程
基因功能分析及遗传改良上的重大意义和应用价
本 文 所 指 的 基 因 组 编 辑 育 种 是 指 采 用 值，近年来国内外科学家竞相在不同鱼类建立了
TALEN 或 CRISPR 等基因组编辑技术对靶标基因 基因组编辑技术并应用于基因功能分析和遗传
进行定点突变 (敲除) 而定向改良生物的经济性状 育种。除模式鱼类斑马鱼和青鳉(Oryzias latipes
并培育出新种质的育种活动，其特征是突变的基 外 [12-20] ，迄今，国内外已在 20 多种养殖鱼类上开
因和性状可以遗传，其目的是培育出新品种。本 展了基因组编辑技术研究和育种工作，鉴定了一
文所讲的基因组编辑育种不包括基因组编辑介导 系列与性别、生长、体色、肌间刺发育等性状密
[21]
的外源基因定点整合 (敲入) 所进行的转基因育种。 切相关的候选基因 。我国是将基因组编辑技术
为此，本文主要涉及到利用 TALEN 或 CRISPR 基 应用在养殖鱼类育种上较早的国家，目前已在淡
因组编辑技术对性别决定、肌间刺形成、体色形 水养殖鱼类尼罗罗非鱼 (Oreochromis niloticus) [22-24] 、
成及肌肉发生等性状的调控基因进行敲除，获得 黄颡鱼 [25] 、鲤 [26] 、黄鳝 (Monopterus albus) 、鲟
[27]
性状改变的新种质的有关进展。和传统转基因育 (Acipenser ruthenus) 、鲫 [29] 和南方鲇 (Silurus meri-
[28]
种技术相比，基因组编辑育种主要是对基因组的 ordinalis) [30-31] ，以及海水养殖鱼类半滑舌鳎 [32-33] 、
特定 DNA 序列进行突变，敲除 1~n 个碱基，是在 牙鲆 [34] 和大黄鱼 [35] 等建立了基因组编辑技术，并
生物自身基因组上做“减法”，让生物获得优良性 开展了基因功能分析。特别是近年来，我国水产
状，并不转入外源基因。而传统的转基因育种是 科技工作者在鱼类基因组编辑育种研究上取得一
转入了外源基因，是在生物基因组上做“加法”。 系列突破性进展。通过 TALEN 和 CRISPR/Cas9
例如，中过科学院水生生物研究所研发的全球首 突变罗非鱼性别决定通路基因 dmrt1、gsdf、foxl2、
个转基因鲤和美国上市的转基因大西洋鲑 (Salmo cyp19a1a 等实现了由雌向雄或由雄向雌的性逆
salar) 都是在基因组中转入了另外一种鱼类的生长 转 [22, 24, 36] 。采用 TALEN 基因组编辑技术突变了半
激素基因，从而使它们的生长速度提高 1 倍以上， 滑舌鳎雄性性别决定基因 dmrt1 并获得 F 突变鱼，
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成为生长快速的超级鱼。 这是我国在海水鱼类建立的第一个纯合突变鱼 [33, 37] 。
与转基因相比，基因组编辑育种技术产生的 筛选到鲤科鱼类肌间刺形成关键基因，并采用
新品种不含外源基因，在美国、日本、德国、瑞 CRISPR 技术研制出无肌间刺鲫品系并传到 F 3 [38] 。
典和阿根廷等许多国家都视为与常规育种培育的 以黄河鲤 cyp17a1 为靶点进行了 CRISPR/Cas9 介

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Japan embraces CRISPR-edited fish. Nature Biotechnol. 2022 Jan;40(1):10. doi: 10.1038/s41587-021-01197-8.
中国水产学会主办 sponsored by China Society of Fisheries https://www.china-fishery.cn
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