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近日，中國科學院水生生物研究所桂建芳院士團隊在Science China Life Sciences在線發表了題為“Causal gene identification and desirable trait recreation in goldfish”的研究論文（被選為封面文章）（圖1左）。
圖1 Science China Life Sciences2021年第64卷第7期和2022年第65卷第12期的封面
金魚起源于中國的雙二倍體鯽（Carassius auratus），已有1800多年的歷史，為我國“國粹”之一。金魚從原始的金紅色鯽魚歷經了家化時代、盆養時代和人工選擇育種時代，期間金魚的眼睛、頭瘤、鱗片、體型、鰭條等多個部位發生了形態突變并被保留下來。攜帶這些突變的金魚經過雜交和選擇育種形成了當今300多個以傳統俯視觀賞為主的金魚品系。隨著基因組測序技術的快速發展，金魚多個突變性狀的候選基因被鑒定（Kon et al., 2020, Chen et al., 2020），但尚未在金魚中得以驗證。
該團隊前期的研究表明金魚龍睛性狀和脂質代謝異常有關（Yu et al., Sci China Life Sci, 2021, 64(7): 1031–1049，封面論文，圖1右）。在此基礎上，他們通過BSA重測序和 RNA-seq相結合的分析方法，鑒定出龍睛性狀是由低密度脂蛋白受體相關蛋白2aB (low-density lipoprotein receptor-related protein 2aB, lrp2aB) 發生突變所致。與此同時，該團隊突破了金魚高效繁育技術，將金魚繁殖一代所需的時間縮短至3–4個月，且能全年產卵（產卵次數最多的金魚，福布斯世界紀錄；一種百褶裙泰獅金魚的批量繁育方法，專利號：ZL202110089137.9）。隨后，他們聯合基因編輯、高效繁育、人工雌核生殖和性控育種創建出金魚精準分子設計育種技術（圖2）。一般情況下，傳統雜交育種技術需要7-10代才能選育出穩定地耦合兩個優勢性狀的金魚新品系，且后代個體間仍然存在表型變異。該團隊創建的金魚精準分子設計育種技術，僅需兩代（約8個月）就可以創造出穩定遺傳的、具有高觀賞價值的金魚新品系。
圖2 傳統雜交和人工選擇育種與精準分子設計育種模式圖
運用該技術，他們成功證實lrp2aB和眼皮膚白化病2型（oculocutaneous albinism type II，oca2)分別是金魚龍睛和白化性狀的因果基因。此外，他們還發現，金魚演化歷程中經歷的異源四倍化事件產生的重復基因走向了不同的演化命運。金魚的lrp2aA被丟失，僅保留了lrp2aB；盡管oca2的兩個部分同源基因（oca2A和oca2B）都被保留但功能發生了歧化，它們協同但差異調控金魚的體色和眼睛黑色素形成。更為重要的是，該團隊成功地將龍睛性狀和白化性狀精準轉移到當下流行的、適合側視觀賞的百褶裙獅子頭金魚中，從而在一年內快速創建出適合側視觀賞的龍睛百褶裙獅子頭金魚“龍獅”、金色紅眼百褶裙獅子頭金魚“金兔”、碧玉紅眼百褶裙獅子頭金魚“玉兔”（一種玉兔百褶裙泰獅金魚的創制方法, 專利號：ZL 202110089143.4）、以及“金獅”和“虎紋”等十余個金魚新品系（圖3）。
圖3 基于精準分子設計育種技術創建的金魚新品系
該研究鑒定了金魚龍睛性狀和白化性狀的因果基因，創建了一種可以在金魚以及其它水產養殖魚類中快速重現目標性狀的方法，為金魚從頭馴化和魚類精準分子設計育種技術奠定了基礎。
余鵬博士為該研究的第一作者，桂建芳院士和周莉研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發計劃項目(2018YFD0901202)、中國科學院戰略性先導科技專項（XDB31000000）、武漢市知識創新專項（2022020801010143）等項目的支持。
論文鏈接: https://doi.org/10.1007/s11427-022-2194-7