前沿育种技术生殖干细胞移植技术面临难点又是什么

我国是水产养殖大国。 鱼类养殖在水产养殖中发挥着重要作用。 我国《渔业年鉴2023》统计显示，鱼类养殖产量占我国水产养殖总产量的一半以上。

由于雌雄鱼个体大小、生长速度等存在显着差异，这些差异在养殖条件下变得更加明显。 因此，通过性别控制培育占主导地位的单一性别群体已成为提高养鱼经济效益的有效途径。 近日，中国科协发布了2023年十大产业技术问题，“如何实现精准生殖干细胞移植技术在养殖鱼类单性种质创建中的广泛应用”名列其中。

作为尖端育种技术，什么是生殖干细胞移植技术？ 该技术在养殖鱼类单性种质创制和应用中面临哪些困难？ 对此，记者采访了相关专家。

实现跨亚科物种间的“借腹”繁殖

细胞是生物体最基本的结构和功能单位。 生殖干细胞是指具有自我更新和分化为子细胞能力的生殖细胞。 胚胎阶段的生殖干细胞被称为“原始生殖细胞”。 当生物体进入青春期时，原始生殖细胞可分化为男性的生殖干细胞，即精原干细胞，女性的生殖干细胞，即卵原干细胞。 随着个体的成熟，精子和卵原干细胞最终会分化成有功能的配子，即精子和卵子。 精子和卵子结合形成新的胚胎。

生殖干细胞移植技术是指将供者的生殖干细胞移植到另一个同种或异种个体（即受者）体内。 供体的生殖干细胞将在受体的性腺中增殖和分化，并最终发育成有功能的性配子。 因此，生殖干细胞移植技术也被形象地称为“腹腔妊娠”技术。

中国水产科学研究院黄海水产研究所基因组室主任、研究员邵长伟表示，生殖干细胞移植技术作为一项前沿育种技术，可应用于需要较长时间的水产养殖生物。性成熟时间短，育种周期长，可显着缩短育种周期，显着提高育种效率，从而提供更快、更有效的育种方法。 该技术还可以与基因编辑或表观遗传编辑等技术相结合，将编辑后的生殖干细胞移植到体内，使其发育成体内具有特定遗传特征的个体，从而为优良性状的定向改善提供机会。 开发出更加准确可靠的育种方法，大大加快了育种进程。

“有些鱼类的性成熟周期需要几年甚至十几年，繁殖周期非常长。因此，通过‘借腹’繁殖技术，可以将这些鱼类的生殖干细胞移植到鱼类身上繁殖周期短，可以缩短养殖周期，提高养殖效率。” 中国科学院院士、中国科学院水生生物研究所研究员桂建芳表示，生殖干细胞移植技术提高了繁殖率，甚至实现了物种间跨亚科的“借用”繁殖。

新技术将突破移植的困难和阻碍

经过多年的发展，鱼类生殖干细胞移植技术已趋于成熟，但仍存在一些问题需要解决。 中国水产科学研究院黄海水产研究所王谦博士表示，供体生殖干细胞长期培养困难、受体内源生殖干细胞全部清除困难、非传统移植方法中的定向迁移限制了该技术的应用。 广泛用于养殖鱼类单性种质的创建。 因此，需要不断突破难点，从生殖干细胞移植的供体、受体、移植三要素入手进行技术的优化和升级。

就生殖干细胞移植的供体而言，由于原始生殖细胞数量相对较少且存在时间较短，获得的数量极其有限，限制了其应用范围。 王谦表示，通过技术创新，有望实现生殖干细胞体外稳定培养，解决上述问题。 目前，研究人员已成功建立了虹鳟、黑鱼、马口鱼、红鳍河豚等鱼类的长期稳定培养的精原干细胞系，为生殖干细胞移植提供了稳定的供体材料。

对于生殖干细胞移植的受者来说，由于受者自身的配子发生优于供者，供者的生殖干细胞产生的配子远远少于受者产生的配子。 因此，受体需要进行绝育，以提供供体生殖干细胞成熟并产生功能性配子的微环境。 王谦表示，目前鱼类不育受体的制备方法主要有三倍体诱导、杂交、高温化学药物处理、生殖细胞发育关键基因编辑等。 然而，上述技术和方法都存在不同的问题。 因此，开发一种操作简便、适用性强、能保证内源生殖干细胞高效清除的高通量受体灭菌技术对于生殖干细胞移植至关重要。 目前，王茜所在的中国水产科学院黄海水产研究所已研发出不依赖显微注射技术的基因编辑不育受体制备技术，为提高不育受体效率奠定了技术基础。准备。

在移植方面，王倩介绍，生殖干细胞移植实验通常在鱼的幼鱼和成鱼阶段进行，通过腹腔注射或“手术”注射到性腺中。 幼鱼阶段注射定植率较高，但对受者危害较大； 在成鱼阶段注射，受者存活率较高，但定植率降低。 同时，提高受体存活率和定植率成为推动生殖干细胞移植技术完善和升级的关键。

借助细胞靶向技术，中国水产科学研究院黄海水产研究所近期研发出首个针对海洋鱼类组织（睾丸）的特异性肽，使生殖干细胞能够高效输送到海洋鱼类的睾丸中。幼鱼以“自动识别”的方式。 里面。 “将该技术应用于生殖干细胞移植，有望实现鱼类生殖干细胞的快速、高效、精准移植。” 王倩说道。

可应用于珍稀濒危鱼类保护等多个领域

几十年来，我国利用种间杂交、人工诱导雌核发育、生殖内分泌调控及其与性别特异性分子标记相结合等技术，培育出一批广为流行的单性鱼类新品种。市场上有杂交黑鱼等。 “雄性黑鱼一号”、黄鲶鱼“全雄性一号”、比目鱼“全雌一号”、海卫一“全雌一号”、虹鳟鱼“全雌一号”等。

邵长伟表示，通过生殖干细胞移植进行性别控制是未来单性别育种的重要发展方向。 其中，构建体外生殖干细胞稳定传代体系，高效制备受体不育系，对生殖干细胞进行针对性修饰，将有助于建立高效精准的育种技术体系，实现单性新品种的精准化和规模化。种质。 创制加快了育种进程，显着降低了苗种生产的风险和成本，为海水养殖鱼类单性种质规模化创制提供了新思路。

中山大学海洋科学学院教授易梅生等在《鱼类干细胞繁育技术回顾与展望》一文中指出，生殖干细胞移植具有繁育时间短、繁殖速度快等显着优势。鱼类养殖效率高，但该技术的操作难度较大，技术体系尚未完全成熟，在不同鱼种的应用中还存在一些共性问题，需要进一步完善。

该技术除了创建养殖鱼类单性种质外，还可应用于保存鱼类种质资源、维持物种多样性、保护珍稀濒危鱼类等领域。 例如，中国水产研究院长江水产研究所开发了中华鲟生殖细胞移植技术，以保护国家一级保护动物中华鲟。 “生殖干细胞移植技术不仅是创建单性种质的前沿育种技术，也是水产遗传育种领域未来研究的重点。” 邵长伟说道。