华中农大团队找到控制鱼刺生长的基因

四代科学家接力研究鳊鱼

鱼刺学名叫肌间骨，是由肌膈中的肌腱骨化而来。其实古今中外人类驯化养殖的淡水和海水鱼类，比如欧洲人圣诞大餐必备的鲤鱼，美国人大量消费的鲑鱼，巴西人爱吃的亚马逊河鱼，大多都是有刺的，“不过一个文化选择”，高泽霞解释说，“外国人喜欢加工鱼片，中国人喜欢烹饪整鱼，使我们多了吃鱼的快乐，也多了卡刺的风险。”

我国一千多年的淡水养殖培育了优良水产品种，几大家鱼草、青、鲢、鳙、鲤、鲫、鳊等产量占鱼类总产量的50%以上，也都存在数量不同的鱼刺。那么鱼刺又从哪里来的呢？高泽霞教授笑着说，从形成来源上看，鱼长刺其实就和人类长骨刺一个道理。

鱼刺除了在食用中的麻烦，也是大规模机械化加工的重要障碍。难怪有人将“鲥鱼多刺”列为“人生几大恨”，常见的家鱼如果能少刺、无刺，也是餐桌旁、鱼塘边人们的共同心愿。

12月18日，记者在华中农业大学基因楼采访了高泽霞教授，听她谈起以“无刺鱼”为攻关课题的来龙去脉。

华中农业大学水产学院四代科学家一直以鳊鱼为研究对象，“武昌鱼”就是由第一代科学家易伯鲁老先生定名的，它也是湖北省的“名片”。数十年来，经过华中农业大学水产学院在鳊鱼的繁殖、生长、病害、营养、养殖模式等方面开展工作，其中王卫民教授团队培育出“华海1号”等品种已经占到了养殖产量的一半以上，满足了消费市场的产量需求。

2012年，博士毕业不久的高泽霞面临的一个课题“转型”便是如何让鳊鱼不仅高产提质，在鱼塘里受欢迎，还能在餐桌上受青睐。她选择了让鳊鱼有刺变无刺。她说：“现在的年轻人都不喜欢吃有刺鱼，我其实也被鱼刺卡过，还上过医院，很多人都有这样的经历。所以我想，现在分子育种技术、基因编辑技术都在发展，正好利用这些技术，培育出无刺鱼，可能是将来大宗鱼类产业发展的一个方向。”

有的鱼有刺，有的没刺，有的刺多，有的刺少，在于有一个或几个关键基因调控着它们。所以“创制”无刺鱼的关键就是找到调控鱼刺生长的起主要作用的基因（主效基因）。

这是一个全新的领域。之前研究鱼刺，大多是从形态、表型方面关注，遗传、分子调控方面几乎是空白。

高泽霞教授向记者描述了寻找鱼刺基因分子表达的情形：他们将每一根细刺从鱼身上小心翼翼挑出来，剔掉结缔组织，在降解之前，快速放进液氮保存，再快速提取RNA，快速进行基因表达。说是快速，将鱼刺一根根从鱼身上挑出，再到基因表达完毕，整个团队足足花了三个月时间才提出了高质量的鱼刺RNA。他们最终筛定出候选的近50个基因。

正因为这次“挑刺”的程序非常专业、准确，改进了提取RNA的方法，也实现了世界上第一次全面鱼刺基因表达，高泽霞就此申请了鱼刺研究中的国内第一个专利。

不懈寻找“无刺”基因

他们将从武昌鱼身上找到的近50个基因放到标准模式鱼斑马鱼身上做验证，验证的过程有点像拆盲盒，利用基因编辑技术，一个一个依次敲掉这些基因，看鱼刺的生长有无变化、怎样变化。斑马鱼三四个月就可以繁殖一代，能有效加快试验进度，即使如此，验证的过程一干就是7年。

今天已经是国家研究武昌鱼岗位专家的高泽霞没有过多叙述中间的曲折、单调和重复，倒是对一次“乌龙事件”忍俊不禁。一次敲掉了斑马鱼的一个基因后，真的发现了一条无刺鱼，整个实验室沸腾了，大家都有一种“终于找到了”的感觉，可是再去验证，发现和这条无刺鱼同批次的其他鱼鱼刺依然故我，证实了这次发现只是个美丽的错误。高泽霞笑着说，到现在都没弄明白，为什么会有一条无刺鱼混杂在有刺鱼中间，可能是自然的基因突变吧。科学就是这么曲折，不断试错是常态。她又讲起一直关注她的研究进展的中科院水生所桂建芳院士告诉的一则故事，桂院士有两次吃鳊鱼时真的吃到了无刺的鳊鱼，可惜吃的时候才发现，遗传基因没有留下来。自然无序的基因突变，让人措手不及，但也一再证明一定有一个神秘的主效基因在幕后操纵。

这次“乌龙”让高泽霞更加谨慎。他们编辑了大约40个基因，终于在2018年找到了一个“有效”基因，能减少70%的鱼刺，只有尾部还保留一点点，背部的刺都没有了。“有效”是否就是“主效”？高泽霞有些拿不准。这时，从遥远的巴西传来了一个惊喜的消息，在亚马逊流域偶然发现了自然突变的十几条无刺“大盖巨脂鲤”，不是少刺，是完全无刺。虽然这一发现对她的研究没有实质帮助，却像黑暗中的一丝亮光，她明白了那个能少70%刺的基因肯定还不是主效基因，还要找。这给了他们一根定海神针，有了目标有了路径，他们继续拆基因盲盒。

“无刺”基因获国家专利

2019年底的一天，用高泽霞的话说，“突然一下子”，主效基因出现了。学生跑来告诉她，这次真的是无刺斑马鱼。有了上次“乌龙经验”，高泽霞倒有些犹豫了，她嘱咐学生把所有的鱼都找来看一下表型稳不稳定。前前后后几百条，无刺的表型非常稳定，再经过几代繁育，后代斑马鱼也都是无刺鱼。从代际和数量上都可以确定找到的就是主效基因，这是一个所有有刺鱼类都含有的共通基因。同时，他们测定了无刺斑马鱼肉质中的氨基酸、脂肪酸含量，和普通有刺鱼没有显著差异，也就是说，鱼刺变化了，肉质可以不变。

“非常兴奋，很不容易，是这么多年坚持、这么多学生努力的结果。”回想起那一幕，高泽霞感慨地说。

找到主效基因后，高泽霞团队一方面进一步正向验证，将这个基因移植回无刺鱼身上，看它们是否又长出刺来，更确证这个基因的作用；另一方面，将发现的减刺70%的基因和减刺100%的基因都申请获批了国家授权发明专利，作为公开信息向国内各个研究组推广，力争将这个基因运用到不同的鱼类身上。

基于基因编辑技术“创制”大量不同种类的无刺鱼，受到桂建芳院士的高度评价，他说，这本质是一种精准育种的有效路径，正成为鱼类育种研究的热点。

目前，高泽霞团队和中科院水生所桂建芳院士团队已经分别在鳊鱼、草鱼和银鲫身上试验了敲除调控鱼刺生长的主效基因而获得第一代杂合体（F0代）的少刺鱼，生长良好，形态正常，习性和普通有刺鱼没有差异。武汉的鳊鱼两年一成熟，鲫鱼一年一成熟，再将这些成熟的杂合体少刺鱼经过纯化繁殖一代，到第三代（F2代）就可以获得纯合体的遗传性状稳定的真正无刺鱼。当然，无刺鳊鱼的游动能力、营养等等还需要科研工作者开展细致的研究。

“相信无刺家鱼将会是大宗淡水鱼产业、家庭饮食结构的一次升级。”高泽霞自信地说。