2024年06月06日
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10年绘制中华鲟“生命图谱”

靠墙摆放着一排乳白色液氮桶,仪表盘上的液晶数字显示温度恒定在-196℃——刚好是细胞不会降解的温度。

位于宜昌三峡坝区右岸的中华鲟研究所,隶属于中国长江三峡集团公司,也是长江珍稀鱼类的保育中心。被“封印”在这些超低温容器中的是中华鲟胚胎细胞。

电影《流浪地球》中,科学家在空间站冷藏了1亿颗基础农作物的种子,并储存着全球已知的动植物DNA图谱。实际上,科幻电影中这样随时可以“重启生命”的桥段在中华鲟身上已成现实。科研人员已经在为可能的“鲟鱼流浪”作准备。

历经十年艰苦探索,中华鲟研究所的科研团队成功完成世界首个八倍体动物基因组中华鲟的全基因组测序和组装,也就是绘制出了中华鲟的DNA图谱。GPB(《基因组蛋白质组与生物信息学报》英文版)把这项研究成果作为今年第一期封面论文发表,引起学界关注。

“这等于为中华鲟搭建起生命的‘诺亚方舟’。”该项目负责人、中华鲟研究所物种保护室负责人杜合军说,中华鲟DNA图谱和冷冻胚胎细胞确保了不时之需,是为全球生物多样性保护贡献的中国力量。

冷冻保存中华鲟胚胎细胞

中华鲟研究所实验室中的长江珍稀鱼类种质资源库细胞库,面积仅10多平方米。

工作台上摆满了各种瓶瓶罐罐和实验仪器。最引人注目的还是靠墙摆放的一排液氮桶,充满了神秘的科幻感。

“这里冷冻有中华鲟体细胞和胚胎细胞约300份,中华鲟精子约4000份。”该所高级工程师刘娟娟介绍,这里还冷冻有长江鲟、岩原鲤、胭脂鱼、中华倒刺鲃、齐口裂腹鱼、圆口铜鱼等近30种长江珍稀鱼类细胞。

在长江珍稀鱼类保育中心的养殖车间,中华鲟、长江鲟和其它鱼类在蓝色大缸里自在畅游。每天,有专门的养殖工人给它们投喂食物,并监测健康状况。杜合军说,保育中心人工繁育中华鲟的规模已突破了1万尾,其中,成熟和近成熟中华鲟有1000多尾。

为取得胚胎细胞,科研人员先对成年雌性中华鲟进行催产,挤出腹中绿豆大小的鱼卵,放入一个大容器中。然后,将事先稀释备好的雄性中华鲟精子倒入其中,进行混合,完成鱼卵的人工授精。

之后,科研人员通过分离得到该时期中华鲟的胚胎细胞,经体外培养后装入冷冻管,立即转入-196℃的液氮罐中进行超低温冷冻。

为了保住中华鲟,早从2009年起,中华鲟研究所就开始采集中华鲟胚胎细胞冷冻保存。科研人员还要定期从液氮桶中将它们取出解冻复苏,通过染色检测胚胎细胞的活力,达不到要求的将被剔除,重新补充。刘娟娟说,理论上胚胎细胞可以在液氮里冷冻100年。

成功绘制中华鲟“生命地图”

这些年,中华鲟保护工作一直在与时间赛跑。中国长江三峡集团公司相继取得中华鲟人工繁育技术、子二代全人工繁育技术、中华鲟规模化繁育技术等重要成果,累计向长江增殖放流中华鲟650万尾。遗憾的是,中华鲟野生种群数量并没有随之增长,新的保护技术研发已经刻不容缓。

20世纪90年代,人类基因组计划开启了向微观生命探索的时代。生物学家以基因为工具,研究生命的本质。这也为中华鲟保护研究开辟了更广阔的思路和更先进的手段。

2013年,中华鲟研究所联合深圳华大基因开启中华鲟全基因组测序与组装项目。杜合军作为项目负责人带领团队,为绘制中华鲟“生命地图”开始风尘仆仆的艰难探索。

“由于中华鲟物种基因组的复杂性和当时技术发展程度的限制,困难和弯路几乎伴随着整个进程。”杜合军说,当时,国际学术界关于八倍体生物基因组测序理论几乎一片空白,

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只能参考二倍体物种全基因组测序的论文,一步步往前蹚,“十年磨一剑,总算咬牙挺过了所有难关。”

“中华鲟基因组包含264条染色体,染色体数量是人类的5至6倍。”中华鲟研究所高级工程师王彬忠是该项目核心成员之一。他进一步解释说,中华鲟这一物种起源距今已1.4亿年,复杂的基因组对应的正是这亿万年中地球的一系列重大变迁,这是它作为长江最古老“活化石”的独有“进化论”。

事实上,中华鲟种质纯度鉴定、早期性别鉴定、遗传多样性评估和管理、疾病防治和遗传发育等诸多保护理论和技术的研究都离不开基因组信息作支撑。王彬忠说,有了全基因图谱的“导航”,对中华鲟保护研究将变得越来越深入、越来越精准。

“以前,只有穿刺成年中华鲟才能鉴定性别。”王彬忠举例解释说,不同于其他生物具有第二性征,中华鲟从出生到成年都不能从外形直接鉴别性别。现在有了DNA分子性别鉴定技术,对于刚出生的鱼,只需从身上刮一点体液或者剪鳍带,就能鉴别雌雄,“更有利于人工养殖中华鲟的种群繁殖及放流性别比例调控。”

杜合军透露,研究成果被GPB作为封面论文发表后,已受到法国、爱尔兰、俄罗斯、阿塞拜疆等国际同行的广泛认可,伊朗国际鲟鱼研究所还发来了合作洽谈邀请。

开展中华鲟海洋生活史研究

长江葛洲坝坝下江段是目前唯一已知的中华鲟产卵场。作为宜昌城区的“滨江画廊”,鱼鸟翔集,“人鱼互娱”的人与自然和谐相处的生态场景令游客陶醉。

和大多数鱼类在春夏繁殖不同,中华鲟在秋冬季繁殖。孵化后,鱼苗顺江而下,第二年的四五月到达长江口,停留一段时间又游到近海区域生活。度过10多年漫长的成长岁月,性成熟后的中华鲟又于每年7月左右溯长江而上,于9月左右游到宜昌,产卵繁殖。

这几年,随着“十年禁渔”的全面实施,长江生态持续恢复向好,中华鲟放流后入海比率已从30%-40%提高到现在的70%左右。然而,这些放流的中华鲟大多在大海里不知所终。

这令保护人员十分困惑,它们为何会在大海里“迷途”,忘记回家的路?

事实上,中华鲟自然生活史90%的时间是在海洋中度过。中国水产科学研究院长江水产研究所研究员危起伟此前接受媒体采访时称,海洋保种工程才是中华鲟物种保护成败的关键。

据了解,中华鲟研究所已经展开了中华鲟海洋生活史的系统性研究,全力寻找其不洄游、不繁殖的威胁因素。科研保护人员坚信,不久的将来,中华鲟一定会结束“深海流浪”,迷途知返,找到溯江而上的“回家路”。

三峡日报记者 方龄皖

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