盡管仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，但基因組測(cè)序在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的實(shí)際應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而且隨著成本的降低，它將越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。

20年前，人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project）宣布已對(duì)人類基因組“工作草案”進(jìn)行了測(cè)序。自從項(xiàng)目開(kāi)始以來(lái)，基因組測(cè)序變得更快、更便宜，我們現(xiàn)在能夠通過(guò)商業(yè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)我們的單個(gè)基因組測(cè)序。但是，基因組測(cè)序是什么，它對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖意味著什么？

背景

分子DNA通常被描述為包含“生命的基石”，其長(zhǎng)的化學(xué)序列形成了控制我們生理許多方面的基因。我們的大多數(shù)基因在一個(gè)人和另一個(gè)人之間并沒(méi)有什么不同，但是在這種一致性中，有一些微小的變異，導(dǎo)致了一些使我們獨(dú)一無(wú)二的特征，比如眼睛的顏色。一個(gè)人的全部基因被稱為基因組。簡(jiǎn)而言之，基因組測(cè)序是我們解讀基因組中基因的一種方法。

建立一個(gè)基因組庫(kù)，我們可以找到個(gè)體之間存在差異的地方，并揭示這些差異是如何影響特征的。我們也可以更好了解基因如何互相影響，甚至如何和環(huán)境相互作用，從而產(chǎn)生特征上的變化——比如溫度如何影響魚的大小。我們還可以比較一個(gè)物種和另一個(gè)物種的基因組，看看是同一個(gè)基因控制著相同的特征，還是相似的變異或突變導(dǎo)致了相似的結(jié)果。盡管目前遺傳學(xué)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中不如在陸地養(yǎng)殖中流行，但接受遺傳學(xué)并不是什么新鮮事。傳統(tǒng)的選擇性育種方法依賴于我們觀察個(gè)體的表型——其基因在環(huán)境中的表達(dá)方式。例如，如果我們看到一個(gè)個(gè)體長(zhǎng)得特別大，我們可能想利用這個(gè)個(gè)體來(lái)繁殖更大的后代。事實(shí)上，遺傳學(xué)是水產(chǎn)養(yǎng)殖者所感興趣的各種特性的基礎(chǔ)。

實(shí)際應(yīng)用

一年前，位于法國(guó)CIRAD的Hugues de Verdal博士，發(fā)表了他的文章證明飼料效率是遺傳改良養(yǎng)殖羅非魚（GIFT）的一個(gè)可遺傳特性。事實(shí)上，de Verdal用遺傳學(xué)解釋了羅非魚大約30%的攝食效率，這不是一個(gè)小數(shù)目。因?yàn)檫@一特性是遺傳的——由個(gè)體的基因驅(qū)動(dòng)——所以有可能選擇性地繁殖羅非魚以提高飼養(yǎng)效率。

De Verdal是第一批確定水生物種飼料效率遺傳基礎(chǔ)的人。盡管他在這項(xiàng)研究中沒(méi)有使用測(cè)序法，但De veldar認(rèn)為，采用這種技術(shù)有很大的好處，即在精確度和預(yù)測(cè)能力方面。他解釋說(shuō)： “你將獲得更多關(guān)于父母所給基因的信息，因此使用基因組技術(shù)來(lái)估計(jì)（某一性狀的）遺傳力和估計(jì)每條魚的繁殖價(jià)值更為準(zhǔn)確。” 有些時(shí)候很容易分辨基因的基礎(chǔ)特點(diǎn)（性狀）。

比如，服用抗凍蛋白基因，可以使一些種類的魚在零度以下生存。實(shí)驗(yàn)性的抗凍蛋白基因從冬季比目魚轉(zhuǎn)移到受精的大西洋鮭魚卵中是轉(zhuǎn)基因鮭魚研究早期階段的一部分。然而，大多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖者所渴望的特性并不是來(lái)自單一的基因。De Verdal懷疑影響飼料效率來(lái)自其中一組基因。

他解釋說(shuō)：“我們非常確定，沒(méi)有一種基因能在飼料效率的各個(gè)方面起主導(dǎo)作用，因?yàn)樗赡軄?lái)自很多不同的東西，比如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，可能是胃腸道的大小和呼氣。” “可能真的很復(fù)雜。”

基因組測(cè)序有助于解開(kāi)這種復(fù)雜性。水產(chǎn)養(yǎng)殖的潛在應(yīng)用有很多。例如，對(duì)于以單性種群為目標(biāo)的孵化經(jīng)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，了解基因和環(huán)境如何在基因型水平而不是表型水平上相互作用可以精確地指導(dǎo)溫度的選擇，而溫度對(duì)某些物種的性別有影響。對(duì)于育種家來(lái)說(shuō)，先進(jìn)的選擇性育種技術(shù)可以有效和精確地培育出專為一系列農(nóng)業(yè)條件培育的菌株。甚至有可能操縱控制疾病彈性等特性的基因。

一些研究人員甚至已經(jīng)開(kāi)始對(duì)病原體基因組進(jìn)行測(cè)序，除其他外，這有助于確定傳播途徑，幫助改進(jìn)疾病管理。對(duì)于那些使用野生親魚群的人來(lái)說(shuō)，了解野生種群的基因組不僅有助于管理親魚群漁業(yè)，而且還可以確保你沒(méi)有意外地發(fā)現(xiàn)一個(gè)看起來(lái)像你想要的物種，但實(shí)際上是另一個(gè)物種。這只是潛在應(yīng)用的一個(gè)小樣本，隨著水生物種基因組研究變得越來(lái)越普遍，其數(shù)量將不斷增加。

挑戰(zhàn)

與任何技術(shù)應(yīng)用一樣，水生物種也存在挑戰(zhàn)。正如澳大利亞詹姆斯庫(kù)克大學(xué)的基爾·贊格教授所強(qiáng)調(diào)的，這包括在甲殼類動(dòng)物和蝦等動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)的相對(duì)較高水平的多糖。多糖是一種復(fù)雜的化合物，用于防御機(jī)制和其他生物過(guò)程，但它們抑制測(cè)序，”Zenger解釋說(shuō)。事實(shí)上，對(duì)于大多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖物種來(lái)說(shuō)，沒(méi)有一個(gè)基礎(chǔ)基因組序列可以讓研究人員開(kāi)始研究。Zenger和de Verdal都指出，建立任何物種的基礎(chǔ)基因組序列都可能意味著對(duì)數(shù)千個(gè)個(gè)體的基因組進(jìn)行測(cè)序。

另一個(gè)挑戰(zhàn)涉及水生物種高度重復(fù)的基因組及其高突變率。當(dāng)一個(gè)基因組被測(cè)序時(shí)，我們不會(huì)得到一個(gè)單一的、整齊有序的輸出?；蚪M按小部分順序排列，然后按正確的順序重新組合起來(lái)。曾格解釋說(shuō)：“基因組越復(fù)雜，重復(fù)性越強(qiáng)，就越難重新組合起來(lái)，因?yàn)椋y(cè)序）軟件會(huì)變得混亂?！?。

Zenger指出，基因組技術(shù)在水生物種上的應(yīng)用仍處于發(fā)展的早期階段，相信技術(shù)挑戰(zhàn)和缺乏基線序列將得到克服。

對(duì)于急于開(kāi)始在農(nóng)場(chǎng)或孵化場(chǎng)直接使用基因組測(cè)序的水產(chǎn)養(yǎng)殖者來(lái)說(shuō)，有一些壞消息。

“你不能買現(xiàn)成的技術(shù)，”曾格指出。此外，盡管測(cè)序的成本正在下降，研究應(yīng)用更加容易獲得，但目前對(duì)許多水產(chǎn)養(yǎng)殖者來(lái)說(shuō)，測(cè)序成本仍然太高——除了與高價(jià)值物種合作的大型商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

然而，這可能只是暫時(shí)的情況。目前的研究仍然是商業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，成本繼續(xù)下降。常規(guī)的商業(yè)用途將會(huì)很快投入使用。