基因编辑技术在水生生物中的应用：国家级种质库的前沿研究进展
一、基因编辑技术在水生生物中的应用现状
近年来，基因编辑技术在水生生物领域的应用越来越广泛，尤其是在国家级种质库的研究中取得了不少突破性进展。这些技术不仅为水生生物的遗传改良提供了新的途径，也为水产养殖业的可持续发展带来了新的机遇。
1. 跨亚科鱼类基因编辑配子的突破
中国科学院水生生物研究所的孙永华学科组在这方面做出了重要贡献。他们利用鱼类精原干细胞移植（SSCT）技术，首次实现了亚科物种间的 “借腹生殖”，并成功获得了跨亚科物种来源的经基因编辑的 SSCT 精子。这项技术不仅为研究配子发生和性腺发育提供了新的手段，也为快速、高效的定向育种开辟了新的途径。
具体来说，孙永华团队选择了稀有鮈鲫和斑马鱼作为供体和受体，将生殖细胞靶向的 CRISPR/Cas9 基因编辑和 SSCT 技术进行有机整合和优化。通过精细刻画移植 SSCs 在斑马鱼性腺中的发育命运，他们发现 “借腹生殖” 产生的精子虽然核基因组完全来源于供体稀有鮈鲫，但其形态学特征和游动行为更接近于受体斑马鱼精子。这一发现为进一步利用该技术设计和定制未来养殖鱼类的配子奠定了坚实的理论和实验基础。
2. 经济鱼类的基因编辑改良
除了跨亚科鱼类的研究，基因编辑技术在经济鱼类的改良中也取得了显著成果。中国水产科学研究院珠江水产研究所联合南京大学模式动物研究所和南京尧顺禹生物技术有限公司，采用基因编辑技术成功获得了生长快速、肉质量高和规格大的黄颡鱼新品系。
黄颡鱼是我国特色水产养殖的重要品种，但其较小的个体、较低的出肉率及较慢的生长速度极大地限制了它的经济价值。通过敲除肌肉生长抑制素（肌抑素）基因，新品系黄颡鱼的肌肉组织高效生长，至 30 日龄时就开始出现明显的双肌表型。这种典型表型为鱼类中的首次报道，组织学分析表明，新品系的肌肉发达表型源于骨骼肌肌纤维数量的增加。
3. 无肌间刺鱼类的新种质创制
无肌间刺鱼类的研究是水产育种领域的一个重要方向。由中国水产科学研究院黑龙江水产研究所牵头的国家重点研发计划 “无肌间刺鲫新种质创制” 项目，旨在通过基因编辑技术创制无肌间刺鲫新种质。
该项目的启动标志着我国水产领域第一个以基因编辑为主要研究手段的国家级重点项目的正式实施。项目团队将利用基因编辑技术，结合传统育种方法，培育出无肌间刺、生长快、抗病力强的鲫鱼新品种。这不仅将提高鲫鱼的食用价值，也将为水产养殖业的发展提供新的品种资源。
二、国家级种质库的前沿研究进展
国家级种质库在基因编辑技术的研究和应用中发挥着重要作用。它们不仅为基因编辑技术的研究提供了丰富的种质资源，也为技术的产业化应用提供了支撑。
1. 种质资源的保护与利用
国家水生生物种质资源库是我国水生生物种质资源保护和利用的重要平台。库中保存了大量的水生生物种质资源，包括鱼类、贝类、甲壳类等多个物种。这些资源为基因编辑技术的研究提供了丰富的材料。
例如，中国科学院水生生物研究所的研究中涉及的斑马鱼和稀有鮈鲫品系均来自国家水生生物种质资源库。通过对这些种质资源的研究，科学家们可以深入了解水生生物的遗传特性，为基因编辑技术的应用提供理论支持。
2. 基因编辑技术的研发与应用
国家级种质库在基因编辑技术的研发和应用方面也取得了不少进展。例如，中国水产科学研究院生物技术研究中心的科研团队成功开发了一种新型纳米材料高效基因递送系统。该系统不仅实现了稳定转基因鱼类细胞系的高效制备，还为鱼类胚胎和体内组织的核酸递送技术开辟了新途径。
这种新型纳米材料以 α- 乳清蛋白为主要材料，具有低细胞毒性、强核酸分子吸附能力的特点，可以被鱼类细胞有效摄取，转染外源 DNA 片段的效率显著高于常用的商品化脂质体转染试剂。这一技术的开发为基因编辑技术在重要经济水产物种性状改良中的普及应用提供了新的技术支持。
3. 国际合作与交流
国家级种质库还积极开展国际合作与交流，与国外科研机构和企业共同推动基因编辑技术的发展。例如，中国水产科学研究院与泰国渔业局等国际机构在基因编辑技术的研究和应用方面开展了合作。
通过国际合作，我国可以借鉴国外先进的技术和经验，加快基因编辑技术的研发和应用进程。同时，也可以将我国的研究成果推向国际市场，提升我国在水产育种领域的国际竞争力。
三、基因编辑技术的挑战与未来展望
尽管基因编辑技术在水生生物中的应用取得了不少进展，但仍面临着一些挑战。例如，基因编辑技术的脱靶效应、编辑效率低等问题，以及基因编辑生物的安全性和伦理问题等。
1. 技术挑战
基因编辑技术的脱靶效应是一个普遍存在的问题。虽然 CRISPR/Cas9 等技术具有较高的编辑效率，但在实际应用中仍可能出现脱靶现象，导致非目标基因的突变。此外，鱼类受精卵的显微注射有一定局限性，如受精卵易受损、注射效率低、操作复杂等，限制了基因编辑技术在海水养殖动物的应用。
为了解决这些问题，科学家们正在不断探索新的基因编辑工具和技术。例如，北京市农林科学院水产所朱华研究员团队在金鱼中成功建立基于 CRISPR/Cas12a 系统的基因编辑系统，首次实现该系统在非模式鱼类中基因组中的高效编辑，并揭示了温度可作为 CRISPR/Cas12a 编辑效率的开关，实现不同发育窗口的可控性条件基因敲除。这一技术的开发为解决基因编辑技术的脱靶效应和提高编辑效率提供了新的思路。
2. 安全性和伦理问题
基因编辑生物的安全性和伦理问题也是人们关注的焦点。例如，基因编辑生物释放到自然环境中可能会对生态系统造成影响，如基因漂移、生态风险等。此外，基因编辑技术还可能引发伦理争议，如对人类胚胎编辑、基因治疗等方面的担忧。
为了确保基因编辑技术的安全应用，各国政府和国际组织正在制定相关的法规和监管体系。例如，泰国渔业局于 2025 年 3 月颁布了《使用基因编辑技术开发水生动物的认证标准与程序》，旨在构建基因编辑水生生物认证体系，规范技术应用，保障水产养殖领域生物安全。我国也在积极推进基因编辑技术的法规和监管体系建设，确保技术的合法、安全应用。
3. 未来展望
尽管面临着诸多挑战，基因编辑技术在水生生物中的应用前景依然广阔。未来，随着技术的不断发展和完善，基因编辑技术将在水产养殖、濒危物种保护等领域发挥更加重要的作用。
在水产养殖方面，基因编辑技术可以用于改良水生生物的生长速度、抗病性、抗逆性等性状，提高养殖效益。例如，河北大学张继泉 / 孙玉英课题组成功创制具有生长优势的脊尾白虾 Mmd2 基因编辑突变体，其幼虾的体长显著大于野生型同胞，肌纤维面积显著增加。这一成果为虾类的遗传改良提供了新的途径。
在濒危物种保护方面，基因编辑技术可以用于保护濒危物种的遗传多样性，甚至实现物种的重生。例如，我国科学家运用改良版体细胞核移植技术，成功让白鱀豚细胞在代孕中华鲟体内完成胚胎发育，为濒危物种的保护带来了新的希望。
此外，基因编辑技术还可以与其他生物技术相结合，如基因组选择育种、分子设计育种等，进一步提高水生生物的遗传改良效率。例如，中国水产科学研究院黄海水产研究所陈松林院士团队研制出我国首个鱼类抗病育种基因芯片 ——“鱼芯 1 号”，该技术填补了我国鱼类抗病育种基因芯片的空白，开海水养殖鱼类基因编辑之先河。
四、结论
基因编辑技术在水生生物中的应用是水产育种领域的一项重大突破。国家级种质库在基因编辑技术的研究和应用中发挥了重要作用，取得了不少前沿研究进展。然而，基因编辑技术仍面临着一些挑战，需要科学家们不断探索和解决。未来，随着技术的不断发展和完善，基因编辑技术将为水产养殖业的可持续发展和濒危物种的保护做出更大的贡献。
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