走出功能基因研究的创新之路
本报记者 周熙檀
据国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）数据显示，2012年全球81%的大豆、81%的棉花、35%的玉米、30%的油菜都是转基因作物。无论学术界的争论如何针尖对麦芒，转基因技术推广，在16年间增长了87倍。
许多国家正加快转基因技术发展的步伐，转基因鱼研究也取得了多项成果。
“临渊羡鱼，不如退而结网。”中国科学院水生生物研究所（以下简称水生所）研究员汪亚平说，在研究鱼类转基因技术11年之后，他意识到鱼类经济性状研究对于转基因鱼和分子选择育种的重要性。
2006年，汪亚平牵头鱼的功能基因组学课题组成立，此时，水生所在这一方向的发展上并无积累。拒绝跟风、精确定位、突破思路、创新方法，回过头来看过去的6年，可以用这几个关键词来总结汪亚平的工作。
寻根：追踪鱼类功能基因
2004年，汪亚平作为访问学者来到美国。其时，美国分子育种技术的发展深深触动了汪亚平。与传统育种技术相比，分子育种能够实现从“经验育种”到定向高效的“精确育种”的转化。
汪亚平1994年加入中国科学院院士朱作言团队，从事鱼类转基因技术研究。访美之后，汪亚平发现，由于缺乏对鱼类经济性状相关基因的了解，转基因鱼研究受到严重制约。
除了转鱼类GH生长基因外，还能转什么？为了解答这个问题，汪亚平有意将研究重点放在鱼类经济性状相关基因的研究上。
“鱼类功能基因组学的研究，是转基因技术及分子育种的前提和基础。”汪亚平说。
国内外有很多实验室研究基因功能，我该做什么？汪亚平对这个问题的追问，最终决定了“鱼类经济性状相关的功能基因研究”。如何追踪到生长、抗病的基因，并培育出新的品种，是功能基因组学课题组的新使命。
草鱼具有生长快、蛋白质含量高的优点，2011年，草鱼养殖444.72万吨，占淡水养殖产量的18%。但是，问题在于草鱼病害过多，2004~2006年统计数据显示，仅出血病每年造成的损失就达20亿元左右。
草鱼重要体现在其经济价值，简单则因其只有48条染色体，遗传简单初级，最适合作研究。但是，水生所作为中科院老牌研究所，几十年来都没人研究草鱼育种，必然有其原因。
草鱼性成熟需要4~5年，这是育种最大的难题。育种通常要经过五六个世代，中科院院士朱作言曾调侃汪亚平，选择草鱼育种研究，可以让儿子将来接棒做。
“用传统方法计划难以成功，以功能基因组、分子生物学方法来研究草鱼育种，虽然挑战大，但成功将会有更大显示度。”汪亚平选择了草鱼。
交叉：从零开始的磨合
基因组与分子生物学研究，已经被美国人定义。“不能跟着国外做基因克隆。”汪亚平认为，继续跟风难以达成目标。
草鱼基因组测序是分子育种的基础，然而国家项目缺乏对测序的支持。三五百万元的测序费用，对于一个新的课题组来说，是个不小的障碍。
几经辗转，课题组与中科院国家基因中心及中山大学合作进行基因组测序，现在草鱼基因组测序基本完成。28109个基因，成为一切理想与创新的起点。
“从根本目的出发，对易感和抗性个体作基因组水平的比较，确定哪些基因存在明显差别。”汪亚平强调用直接的方法而不是通过知识体系判断，并为此创建了一些新的手段和方法。
“分子育种一定要和计算机结合。”他认为，分子育种发展主要靠学科交叉推动，并且“应该由真正做分子遗传学和真正研究计算机的人交叉碰撞，才能实现学科交叉。”
从2010年开始，汪亚平与中国地质大学计算机学院展开合作。这是零起点的合作。面对着一群只有0和1概念的师生，汪亚平的学科交叉之旅，从DNA序列是什么、如何测序、数据如何计算、数据特点等开始培训。磨合一年后，双方可以使用专业术语进行交流。
通过学科交叉，汪亚平不断产生创新思路。双方合作建立了高密度遗传联合图谱；建立了独特的找基因方法，通过转录组测序方法发现免疫基因。去年，他牵头的草鱼出血病抗性相关基因的功能研究获得国家自然科学基金委重点项目支持。
将重点放在功能基因寻根究底研究上，汪亚平的科研生涯开始不断出现兴奋点，每一点创新都助推中国分子生物学发展。
育种：1年做了20年的事
“分子生物学研究最终要落脚在育种，否则没有意义。”汪亚平说，课题组已经完成了对自然界不同水系草鱼的普查，今年将开展草鱼分子育种。而抗病草鱼的分子育种，已列入中科院先导专项。
传统育种知其然不知其所以然，无法判断起作用的关键基因。因此需要多组合繁殖，然后经过多代繁殖，寻找性状不分离的品种。分子生物学则在此基础上增加了一个基因型分析的尺度，“两个方程式，可以是唯一解”。
分子生物学技术大大提高了育种的效率，“我们去年1年做的工作，用传统方法需要20年。”汪亚平说。
通过1年时间，汪亚平课题组建立了所有随机交配的群体，并从中选取最抗病的基因组合。“从垂直育种到平行育种，在同一个时间平面上开展基因筛查，针对所有可能性进行组合交配。”尽管身心承受巨大压力，但是汪亚平认为，用1年完成20年的工作，将大大提高育种的效率。
5年后，随机交配的草鱼性成熟，通过检测所有基因型，分析确定最抗病的基因组合，然后以符合基因型的鱼作为亲本繁殖，就可在抗病型草鱼育种上获得突破。
这个近在眼前的目标并不是终点，因为汪亚平在草鱼分子育种过程中积累的方法和手段，学科交叉合作的方式，将可能蹚出一条中国功能基因研究、分子育种的创新之路。 文章来源：《中国科学报》 (2013-09-24 第5版 创新周刊)
