分子生物学技术在水产养殖中的应用

分子生物学技术在水产养殖中的应用分子生物学技术在水产育种与种质鉴定中的应用1.1转基因技术随着分子生物学技术的发展,转基因生物研究已成为生命科学领域的研究热点之一。人们期望通过基因转移技术将外源基因导入某些动植物基因组中,以便达到改良或获得某些重要性状(如生长快、抗逆性强、生产药用蛋白等)的目标。其中转基因动物育种研究进展较快,应用前景令人瞩目。转基因动物技术突破了传统有性杂交的局限性和盲目性,克服了物种之间的生殖隔离,实现了物种之间遗传物质的交换和重组,不仅为遗传物质的研究提供了新的手段,也丰富了物种的基因库,并为该技术的实际应用奠定了基础。自1982年Palmiter等获得转基因小鼠以来,目前人们已获得了转基因大鼠、兔、绵羊、猪、山羊、牛、鱼和鸡等转基因动物。近些年来,转基因育种技术已广泛应用于培育具有优良性状的转基因水产养殖新品种。目前利用转基因技术获得的水产养殖动植物主要有转基因鱼、转基因藻,另外还有转基因虾、贝等。1.1.1转基因鱼自1985年朱作言等在世界上首次报道在鱼类中进行转基因研究以来,世界上已有许多实验室相继开展了这一领域的工作。其中常用于鱼类基因转移的基因为生长激素基因,用于转基因的鱼有金鱼、鲤鱼、虹鳟等几十种鱼。人们希望用鱼类和哺乳动物的生长激素基因向鱼类转移以期获得有实用价值的个体大、生长迅速的超级鱼。目前已有不少实验室获得了多种能快速生长的转生长激素基因鱼,如Du等1992年将生长激素基因转移入大西洋鲑,获得的转基因个体的重量比对照组平均大3.8倍,生长速度比对照组快4~6倍。除生长激素基因外,抗冻蛋白基因也是鱼类基因转移中常用目的基因之一。如于建康等1994年通过精子载体,成功地将抗冻蛋白基因转入金鱼,获得26%的转化率。Tasi等1995年使用电激法将外源抗寒和生长激素基因导入泥鳅精子再与卵进行受精,从而提高了基因转移的效率。另外,金属硫蛋白基因、溶菌酶基因、干扰素基因和球蛋白基因等与鱼类抗病抗逆性有关的基因也是目前转基因鱼研究中常选用的靶基因。1.1.2转基因藻藻类是光合自养的低等植物,分布非常广泛,是海洋生态系和人工养殖生态系的能量和物质基础,同时也是海洋药物、功能食品和精细化工产品的重要原料。海洋科学/2000年/第24卷/第3期32目前组织培养、原生质体融合等传统生物技术已广泛应用于藻类研究,但应用分子生物学技术有目的地利用和定向改造藻类生物体系的研究则是近些年才得以开展。近几年来,从分子水平研究藻类个体发育与系统发育遗传机制的藻类分子遗传学研究发展较为迅速,并在此基础上,应用重组DNA技术人工构建藻类新品种以及实现藻类天然产物的基因工程生产的藻类基因工程研究也取得重要进展。近些年来,我国学者围绕构建藻类反应器表达生产蛋白和药物的目标,开展了较有特色的藻类基因、载体和表达系统的研究,并在转基因海带、鱼腥藻基因工程以及紫菜基因工程等藻类基因工程领域取得较大进展[1,2]。目前用于藻类基因工程的目的基因主要有desA,acc1,apcAB,金属硫蛋白基因和超氧化物歧化酶基因等,用于基因转移的藻类表达系统主要有蓝藻、螺旋藻、海带、裙带菜、紫菜和江蓠等藻类。1.2RFLP技术限制性酶切片段长度多态性(RFLP)指的是用限制性内切酶切割不同个体基因组DNA后,含同源序列的酶切片段在长度上的差异。这种差异可以在电泳图谱上筛选并显示出来,并按孟德尔遗传定律分离。目前,RFLP技术已与PCR等技术联用,发展已相当成熟,在一些经济动植物多基因数量性状的基因定位等方面的研究与应用已取得重要进展,但在水产养殖业则刚起步。如有人将虹鳟线粒体DNA的RFLP标记用于遗传分析,为种质鉴定和遗传育种提供依据。1.3RAPD技术随机扩增多态性DNA(RAPD)技术是在PCR技术基础上发展起来的一项DNA多态性检测技术,其基本原理是利用一系列不同的碱基顺序随机排列的寡聚核苷酸单链(常为十聚体)为引物,对所研究的DNA模板基因组进行PCR扩增,通过对PCR产物的检测即可对基因组DNA的多态性进行检测。RAPD技术可以在对物种没有任何分子生物学研究背景的情况下,对其DNA进行多态性分析。而且与RFLP、DNA指纹图谱法等其他DNA多态性检测技术相比,RAPD技术具有检测效率高、样品用量少、灵敏度高等特点,因此广泛应用于农作物和畜禽品种及品系的鉴定、物种亲缘关系的确定、基因定位和分离以及构建基因图谱等方面的研究。目前RAPD技术也已用于水产品群体遗传差异分析,如用于高首鲟(AcipensertransmontanusRichardson)减数分裂雌核发育和多倍体的快速鉴定、对草鱼和鲤鱼的群体遗传变异进行研究、对甲壳动物遗传差异进行分析和对银鲫复合种外源遗传物质整入进行RAPD检测[3~5,7]。1.4DNA指纹技术DNA指纹技术是分子生物学新兴技术之一。其基本依据是存在于基因组内的高度变异的重复序列微卫星DNA可与众多的基因组酶切片段进行杂交,得到具有个体特异性的指纹图谱。这种DNA指纹图谱具有高度种属和个体特异性,可以用于寻找遗传标记,进行遗传连锁分析;也可用于测定物种之间的遗传距离以及品种遗传纯度。因此可利用该技术测定物种的遗传距离,然后选用合适的亲本进行杂交,以便提高杂种优势,获得产量高、生长迅速的新品种。据Herbinger等1995年、Carter等1991年、Gross等1994年报道,目前DNA指纹技术已应用于水产养殖中,如用于分析虹鳟的父本和母本对子代生长存活的影响、对雌核生殖罗非鱼和小口黑鲈的不同群体进行鉴别。2分子生物学技术在水产养殖病原体检测中的应用目前,我国水产养殖业尤其是虾类、贝类和鱼类养殖业受到病原微生物的严重影响,因此如何快速准确预报和诊断水产动植物疾病,就成为当前水产养殖业十分重要而突出的问题。进些年来,分子生物学技术的迅速发展,已经有可能为水产养殖病原体的检测提供快速有效而且特异性强灵敏度高的技术手段[6]。2.1单克隆抗体技术单克隆抗体技术是Kohler和Milstein于1975年发展起来的利用杂交瘤细胞制备大量针对某一抗原决定簇的特异性抗体的技术。单克隆抗体与常规血清抗体相比,特异性强,能识别单一抗原决定簇,且容易制备,能通过保持细胞系重复获得相同抗体,因而在水产养殖病原体检测中得到广泛应用。如应用于诊断海湾扇贝(Argopectenirradians)的鳃立克次体、诊断与鱼类及牡蛎相结合的淋巴细胞病毒、检测菲律宾蛤仔REVIEWS研究综述海洋科学/2000年/第24卷/第3期32目前组织培养、原生质体融合等传统生物技术已广泛应用于藻类研究,但应用分子生物学技术有目的地利用和定向改造藻类生物体系的研究则是近些年才得以开展。近几年来,从分子水平研究藻类个体发育与系统发育遗传机制的藻类分子遗传学研究发展较为迅速,并在此基础上,应用重组DNA技术人工构建藻类新品种以及实现藻类天然产物的基因工程生产的藻类基因工程研究也取得重要进展。近些年来,我国学者围绕构建藻类反应器表达生产蛋白和药物的目标,开展了较有特色的藻类基因、载体和表达系统的研究,并在转基因海带、鱼腥藻基因工程以及紫菜基因工程等藻类基因工程领域取得较大进展[1,2]。目前用于藻类基因工程的目的基因主要有desA,acc1,apcAB,金属硫蛋白基因和超氧化物歧化酶基因等,用于基因转移的藻类表达系统主要有蓝藻、螺旋藻、海带、裙带菜、紫菜和江蓠等藻类。1.2RFLP技术限制性酶切片段长度多态性(RFLP)指的是用限制性内切酶切割不同个体基因组DNA后,含同源序列的酶切片段在长度上的差异。这种差异可以在电泳图谱上筛选并显示出来,并按孟德尔遗传定律分离。目前,RFLP技术已与PCR等技术联用,发展已相当成熟,在一些经济动植物多基因数量性状的基因定位等方面的研究与应用已取得重要进展,但在水产养殖业则刚起步。如有人将虹鳟线粒体DNA的RFLP标记用于遗传分析,为种质鉴定和遗传育种提供依据。1.3RAPD技术随机扩增多态性DNA(RAPD)技术是在PCR技术基础上发展起来的一项DNA多态性检测技术,其基本原理是利用一系列不同的碱基顺序随机排列的寡聚核苷酸单链(常为十聚体)为引物,对所研究的DNA模板基因组进行PCR扩增,通过对PCR产物的检测即可对基因组DNA的多态性进行检测。RAPD技术可以在对物种没有任何分子生物学研究背景的情况下,对其DNA进行多态性分析。而且与RFLP、DNA指纹图谱法等其他DNA多态性检测技术相比,RAPD技术具有检测效率高、样品用量少、灵敏度高等特点,因此广泛应用于农作物和畜禽品种及品系的鉴定、物种亲缘关系的确定、基因定位和分离以及构建基因图谱等方面的研究。目前RAPD技术也已用于水产品群体遗传差异分析,如用于高首鲟(AcipensertransmontanusRichardson)减数分裂雌核发育和多倍体的快速鉴定、对草鱼和鲤鱼的群体遗传变异进行研究、对甲壳动物遗传差异进行分析和对银鲫复合种外源遗传物质整入进行RAPD检测[3~5,7]。1.4DNA指纹技术DNA指纹技术是分子生物学新兴技术之一。其基本依据是存在于基因组内的高度变异的重复序列微卫星DNA可与众多的基因组酶切片段进行杂交,得到具有个体特异性的指纹图谱。这种DNA指纹图谱具有高度种属和个体特异性,可以用于寻找遗传标记,进行遗传连锁分析;也可用于测定物种之间的遗传距离以及品种遗传纯度。因此可利用该技术测定物种的遗传距离,然后选用合适的亲本进行杂交,以便提高杂种优势,获得产量高、生长迅速的新品种。据Herbinger等1995年、Carter等1991年、Gross等1994年报道,目前DNA指纹技术已应用于水产养殖中,如用于分析虹鳟的父本和母本对子代生长存活的影响、对雌核生殖罗非鱼和小口黑鲈的不同群体进行鉴别。2分子生物学技术在水产养殖病原体检测中的应用目前,我国水产养殖业尤其是虾类、贝类和鱼类养殖业受到病原微生物的严重影响,因此如何快速准确预报和诊断水产动植物疾病,就成为当前水产养殖业十分重要而突出的问题。进些年来,分子生物学技术的迅速发展,已经有可能为水产养殖病原体的检测提供快速有效而且特异性强灵敏度高的技术手段[6]。2.1单克隆抗体技术单克隆抗体技术是Kohler和Milstein于1975年发展起来的利用杂交瘤细胞制备大量针对某一抗原决定簇的特异性抗体的技术。单克隆抗体与常规血清抗体相比,特异性强,能识别单一抗原决定簇,且容易制备,能通过保持细胞系重复获得相同抗体,因而在水产养殖病原体检测中得到广泛应用。如应用于诊断海湾扇贝(Argopectenirradians)的鳃立克次体、诊断与鱼类及牡蛎相结合的淋巴细胞病毒、检测菲律宾蛤仔REVIEWS研究综述海洋科学/2000年/第24卷/第3期32目前组织培养、原生质体融合等传统生物技术已广泛应用于藻类研究,但应用分子生物学技术有目的地利用和定向改造藻类生物体系的研究则是近些年才得以开展。近几年来,从分子水平研究藻类个体发育与系统发育遗传机制的藻类分子遗传学研究发展较为迅速,并在此基础上,应用重组DNA技术人工构建藻类新品种以及实现藻类天然产物的基因工程生产的藻类基因工程研究也取得重要进展。近些年来,我国学者围绕构建藻类反应器表达生产蛋白和药物的目标,开展了较有特色的藻类基因、载体和表达系统的研究,并在转基因海带、鱼腥藻基因工程以及紫菜基因工程等藻类基因工程领域取得较大进展[1,2]。目前用于藻类基因工程的目的基因主要有desA,acc1,apcAB,金属硫蛋白基因和超氧化物歧化酶基因等,用于基因转移的藻类表达系统主要有蓝藻、螺旋藻、海带、裙带菜、紫菜和江蓠等藻类。1.2RFLP技术限制性酶切片段长度多态性(RFLP)指的是用限制性内切酶切割不同个体基因组DNA后,含同源序列的酶切片段在长度上的差异。这种差异可以在电泳图谱上筛选并显示出来,并按孟德尔遗传定律分离。目前,RFLP技术已与PCR等技术联用,发展已相当成熟,在一些经济动植物多基因数量性状的基因定位等方面的研究与应用已取得重要进