我校刘少军院士团队在鱼类育种理论和技术方面取得创新性成绩

（供稿 生命科学学院）我校刘少军院士团队首次系统提出鱼类大杂交和微杂交理论和技术，为鱼类遗传育种学提供了新理论、新技术, 用这些技术研制了一批优良鱼类，该团队以“鱼类大杂交和微杂交”为题的文章发表在近期Reviews in Aquaculture，并入选当期附加封面文章。刘少军院士为该文的通讯作者，刘启智老师和博士生廖安民为该文的共同第一作者。

该文系统梳理了鱼类远缘杂交与雌核发育研究的最新进展，将远缘杂交与异精雌核发育进行整合，打破以往对这两种技术独立研究的局限，系统分析和总结了鱼类远缘杂交和异精雌核发育的共性和差异性特点，创新性提出了“大杂交（Macro-Hybrid）”与“微杂交（Micro-Hybrid）”的理论和技术。“大杂交”指远缘杂交形成的异源后代具有双亲的亚基因组，这些后代在表型和基因型方面具有较大变异。在大杂交育种技术路线中（图1），通过选择染色体数目相当的双亲，形成可育的异源二倍体与异源四倍体鱼品系，并经自交延续这些品系。大杂交典型案例包括：合方鲫系列（合方鲫、合方2号、合方3号）、合方鳊系列（合方鳊、合方鳊2号）、湘军鲌系列（湘军鲌、湘军鲌2号）、三倍体鲫鱼和三倍体鲤鱼等（图2）。“微杂交”指远缘杂交或异源精子诱导雌核发育形成的同源后代具有母本的基因组，但是嵌入了父本的DNA片段，虽其外型变异不大，但在生长、抗逆等性状方面具有显著改良（图3，4）。

图1. 大杂交育种技术路线

图2. 大杂交育种途径培育的代表性鱼类：(A)合方鲫 (B)合方鲫2号 (C)合方鲫3号 (D)合方鳊 (E)合方鳊2号 (F)湘军鲌 (G)湘军鲌2号 (H)异源三倍体鲤

在微杂交的远缘杂交育种技术路线中（图5a），母本的染色体数显著大于父本的染色体数，形成的同源四倍体或同源二倍体后代具有母本的基因组，其中插入了父本的DNA片段。这些同源四倍体和同源二倍体品系克服了远缘杂交常见的生殖障碍，在延续的世代中保持较高的基因组稳定性，为形成新型创新种质提供了有效途径。

在微杂交的异精雌核发育育种途径中（图5b），精子来源于不同种的异源种类，其主要作用是激活卵子，而非完整地参与核基因组的形成。通过对精子进行遗传灭活处理，并通过冷休克或热休克制卵子的第二极体排出，可获得异精雌核发育二倍体后代。如果母本的性别决定类型属于同配（XX）型，其异精雌核发育后代通常表现为全雌性（XX型），这些后代的基因组来源于母本，但插入了父本的DNA片段，体现出微杂交效应。这种效应不仅具有可遗传性，还可通过相应的扩繁育种技术路线（图5c）在随后的世代中被进一步巩固和放大。

该文综合分析了异精雌核发育中各个环节的作用，提出了异精雌核发育具有高强度的选择效应，这种选择效应来自异精雌核发育中的“纯合效应+异精效应+冷/热休克效应”形成的综合效应。“纯合效应”源于母体基因组的染色体加倍，它通过纯合表达（例如致死性或疾病）清除有害的隐性等位基因，同时保留和积累有益的突变。异精效应构成了一种微杂交变异形式，也可以消除不利的性状并保留有利的性状。人工雌核发育诱导中的冷/热休克消除了较弱的个体，进一步促进了选择。这三个因素（包括纯合性、异源精子和冷/热休克）的结合产生了强烈的选择压力，可以识别和丰富优秀的个体或群体。早期的研究表明雌核发育的纯合性效应是等效群体自交8-10代。在该综述中提出，纯合性、异源精子和冷（热）休克的综合选择效应同样近似于8-10代自交选育，以此建立了一个新的理论框架。异精雌核发育的微杂交过程中，母本基因组在自交或回交中保持主导，同时这些后代还承受了遗传变异及高强度的选择压力（“纯合效应 + 异源精子 + 冷/热休克”）。考虑到上述因素，异精雌核发育鱼通过回交、自交、回交等过程，形成这类微杂交的育种策略（图6），可迅速放大及保持微杂交效应和扩大优良群体。另外，这种雌核发育品系有可能在遗传特性等方面与野生品系不同，雌核发育品系与野生品系之间的交配有可能形成“杂交”优势。

远缘杂交的微杂交案例包括：天然异精雌核发育的湘军鲫、湘军花鲫、天然雌核草鱼等。人工异精雌核的微杂交案的雌核发育大口黑鲈、鳜鱼、乌鳢、草鱼、花䱻、鲮鱼、鲇鱼等（图3，4）。这些微杂交的后代在生长速度、抗病能力、品质等方面得到改良。

图3. 微杂交中的远缘杂交育种途径培育的代表性优良鱼类：(A)湘军鲫 (B)湘军花鲫 (C)湘军鲤 (D)同源四倍体鲫 (E)天然雌核发育红鲫 (F)天然雌核发育团头鲂（黄尾密鲴） (G)天然雌核发育团头鲂（翘嘴鳜） (H)天然雌核发育草鱼

图4. 微杂交中的人工异精雌核发育育种途径培育的代表性优良鱼类：(A)雌核发育草鱼 (B)雌核发育大口黑鲈 (C)雌核发育翘嘴鳜 (D)雌核发育乌鳢 (E)雌核发育团头鲂（锦鲤精子） (F)雌核发育鲮鱼 (G)雌核发育鲶鱼 (H)雌核发育花䱻

大杂交和微杂交育种技术的建立解决了鱼类远缘杂交和异精雌核发育育种中“三大难题”（生存难、繁殖难、鉴定难），并已成功建立多个可育的二倍体/四倍体新品系。微杂交中的异精雌核发育育种技术（图6）中，父本DNA片段插入形成的变异加上及其他强选择压力筛选的有效变异，可在后代中遗传，并实现快速扩繁。

图5. 微杂交育种技术路线（a,b,c）

基于鱼类大杂交和微杂交的理论和育种技术，构建了相应的辅助育种技术，包括亲本染色体与亚基因组鉴别、父本DNA片段检测、倍性与杂交类型鉴定、以及相关孵化体系。依托大杂交和微杂交的育种技术和相应的辅助育种技术，形成了一系列的优良鱼类，展示了良好的产业前景。

图6. 微杂交中的异精雌核发育育种策略图：：该示意图展示了由雌核发育鱼（2nA*A*）与野生型鱼（2nAA）之间进行杂交、回交与自交的遗传改良流程。雌核发育鱼首先与野生型雄鱼进行回交产生F代，F₁代个体经过自交可逐代延续形成Fₙ群体。同时，F₁代还能作为父本或母本与野生型雌鱼交配，产生 F₁₋₁等后代群体；此外，雌核发育鱼与F₁后代之间也可进行交配，从而形成G₁，并进一步通过自交获得 Gn。整体流程体现了以雌核系为核心，通过回交、自交等方式形成雌核发育鱼品系。这种雌核发育鱼品系可能与野生品系存在遗传特性等方面的不同，这两个品系的交配有可能形成“杂交”优势。

该文总结了远缘杂交和异精雌核发育的共同点和差异性，在共同性方面，两者都由不同种的卵子和精子的结合来触发胚胎发育，两者中都有“微杂交”的途径，其后代在生长性、抗逆性等方面有改良，且后代的形态上更接近母本。在差异性方面，两者在处理方式上存在明显差异，人工异源雌核发育需要对精子进行失活，并对“受精卵”施加冷/热处理等；而远缘杂交则没有这些处理措施。远缘杂交能产生大杂交和微杂交两种效应，异精雌核发育只产生微杂交一种效应。

大杂交和微杂交的理论和育种技术建立及应用，进一步丰富了鱼类育种理论和技术，为设计育种奠定了坚实基础。随着基因组选择、人工智能辅助育种等技术的加入，该育种体系将进一步释放潜力，将推动水产种业高质量发展。

编辑：黄依依

责编：黄依依

审核：周凯兴