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21 世纪是海洋世纪,海洋生物资源的开发和利用已成为世界各海洋大国竞争的焦点之一,其中基因资源的研究和利用是重点。随着社会、经济的发展和人类活动的干预,海洋环境正在不断的恶化,海洋生物多样性正遭到破坏,海洋生物基因资源的保护和利用,显得更加紧迫。研究海洋生物基因组及功能基因,能深层次地探究海洋生命的奥秘;发掘海洋生物基因,有利于保护海洋生物资源;从海洋生物的功能基因入手,有助于培育出优质、高产、抗逆的养殖新品种,从根本上解决海水养殖生物的问题,同时还有助于开发具有我国自主知识产权的海洋基因工程新药,部分解决海洋药源问题。

     在水生经济动物方面,美国启动最早, 已经筛选到一批与发育、生殖及免疫相关的功能基因;日本针对疾病和免疫相关功能基因进行重点研究;国外目前工作重点,均集中到建立功能基因分析技术平台上。

     我国海洋生物基因资源的研究起步较晚,但已经取得重要进展。在水产养殖核心种质方面,开展了遗传连锁图谱的构建、功能基因的筛选与克隆,胚胎干细胞和基因打靶技术的研究。建立了淡水鱼类基因转移的完整技术体系,以及海水鱼类花鲈胚胎干细胞系,为建立鱼类功能基因分析的技术平台奠定了良好基础。克隆了深海微生物编码各种低温酶的功能基因,力图建立新型酶制剂的基因工程生产工艺。克隆了海蛇毒素、海葵毒素、水蛭素等一批功能基因,基因重组芋螺毒素、基因重组别藻蓝蛋白和基因重组鲨肝生长刺激因子作为潜在的基因工程创新药物,在十五海洋863计划支持下,正在进行临床前试验。构建了可能用于海洋药物生产的大型海藻表达系统。但总的来讲,我国的研究跟踪多,原始创新少;基础积累薄弱,应用急于求成。特别需要海洋生物基因的功能验证模式和表达应用体系。他强调指出,找基因是为了用基因,而了解基因功能的关键是建立模型和方法学的突破。他希望通过本次香山会议,凝练目标,抓住关键,合理布局,重点突破。

海洋生物资源的可持续利用

    关于海洋生物多样性与海洋生物资源的持续开发和保护的问题专家,提出了海洋生物多样度、遗传多样度和生态系统多样度的概念。指出:由于海洋生物处于海水介质中,多样的研究有难度,对海洋生物遗传多样性研究不足,生态系统水平和景观水平的多样性研究更不足,严重制约了海洋生物资源的持续开发和保护。目前,国际海洋生物普查计划,包括海洋动物种群历史、海洋动物地理信息系统和海洋种群的未来预测研究,通过实施有关七个项目,从种群、物种和基因三个层次,建立海洋生物多样性的研究体系,逐步实现可持续渔业的目标。

     我国水产养殖业在国民经济中占有重要地位,2003年水产品出口占农产品出口净收入的50%。但经审定的水产良种只有46个,良种覆盖率仅为16.2%。海洋生物具有生物种类、生态习性和繁殖特点多样性,应加强海水养殖生物繁育与主要经济性状基因表达调控的研究,克隆与生长、抗逆和品质质量性状相关基因;加强海水养殖生物的遗传改良与新品种培育研究,重视选择育种和标记辅助育种(MAS)的工作;把免疫与病害防治作为重点,特别要重视特异或非特异性免疫增强剂和基因工程疫苗的应用潜力。

海水养殖核心种质基因组学

    陆地农业已经跨越了机械化、育种、化肥使用到生物技术的几个大阶段。海洋生物种质资源是蓝色农业的基础,所谓核心种质就是核心样品,即用最小的样品最大程度地代表多样性。海水养殖核心种质基因资源的研究与利用,应该以资源为基础、以基因为核心、以品种和产品为载体。根据国际上重要的海洋生物基因组计划和我国海洋生物基因组研究的最新进展及面临的紧迫形势,提出四点建议:1、积极参与国际海洋生物基因组计划,避免被动;2、有计划地对我国海水养殖核心种质和海洋药源生物独立开展基因组学研究;3、构建海洋生物后基因组学研究的技术平台,确保基因资源的开发、保护和利用;4、建立GM(遗传修饰)动物的环境安全评估体系。

    由于过度捕捞、海区污染、环境恶化等因素,我国海洋鱼类资源面临枯竭的危险,例如我国带鱼最高年产量曾达到50万吨,占世界70%,但产量不断下降,并出现小型化现象,80年代以来没有鱼汛形成。应该加强重要海水养殖鱼类遗传多样性与基因资源的研究,选择重要海水养殖鱼类进行基因组学和比较基因组学研究,使我国实现由水产大国到水产强国的跨越。

海洋极端环境基因资源

    深海生物的研究不仅具有科学意义,而且具有实际应用价值。由于深海生物人工培养上的难度,基因资源的应用显得格外重要。特别是深海极端基因资源的研究和利用,对于揭示生命起源的奥秘,探究海洋生物与海洋环境相互作用下特有的生命过程和生命机制,发挥在工业、医药、环保和军事等方面的用途,具有十分重要的意义。应当建立完备的研究条件和实验体系,建立我国的深海极端微生物菌种资源库,培养一批高素质人才,获得拥有自主知识产权的成果,使我国在国际竞争中争取主动。

     深海未知生命据估计有1000多万种,已在热液区发现300多种新物种。研究热液区的嗜热微生物对于认识生命起源具有十分重要的意义,嗜热微生物还是热稳定酶和浸矿菌的重要来源。极端微生物在极端环境下的代谢特征对人类了解生命起源、生命本质和生命极限,开发新型药物和生物制品提供了机遇,其中对极端微生物特征蛋白质结构和功能的认识是关键。

    除了微生物以外,海洋甲壳动物也是极端环境中的重要类群。开展与海洋甲壳动物生长、蜕皮、生殖、性别控制、渗透压及体色调节相关的神经多肽基因的研究,对于阐明海洋极端环境生物特异性适应机理、开发丰富的海洋极端环境的基因资源和推动海洋经济甲壳类养殖业均有十分重要的意义。

    极端酶对环境友好催化具有十分重要的作用,嗜冷酶能起到工业加工中降低能耗的作用,讨论中列举了许多具体事例说明极端酶基础研究和基因表达应用的重要性。

水生生物基因资源的应用

    水生生物转基因技术的发展,加速了快速生长、抗逆、抗病转基因鱼研究,转基因鱼生物反应器研究和转基因鱼生物安全研究。快速生长转基因鱼的饵料转换效率可提高6.3-7.9%,基础代谢能量下降,用于生长的能量提高4-6%,特定生长率SGRg提高19.0-25.0%,鱼体干物质含量提高1.6%,蛋白质含量提高2.2-2.6%脂肪含量下降4.1-15.0%。对转基因鲤鱼的繁殖力、存活力、食性和摄食能力以及对种群动态组成的影响进行了系统研究,提出利用三倍体、育性控制和基因流阻断确保生态安全。

    由于海水鱼转基因技术的特点和利用全鱼载体构建快速生长和抗冻转基因海水鱼的实践,提出了需要解决的主要技术问题,包括定点整合、可控表达以及安全性和伦理问题等。

    鱼类病害已经成为制约养殖业可持续发展的瓶颈,2003年养殖鱼类病害直接经济损失85亿元。以基因转移和分子标记为主的分子育种技术,结合传统的选育技术,为海水养殖抗病品种培育提供了有力手段。鱼类胚胎干细胞培养和基因定点转移技术,以及抗病品种培育的分子标记辅助育种技术有了长足发展。

    21 世纪海洋生物天然产物受到人们格外关注,应该重视学科交叉,组成科研攻关团队,构建药用海洋生物资源种质库,建立海洋生物天然产物分离纯化和活性筛选的技术平台,逐步完善海洋天然产物化合物数据库,定位与生物活性相关的分子标记,克隆可以药用的功能基因,建立具有海洋生物特色的表达系统,和生物反应器技术,为开发海洋生物活性产物提供充足的材料。

    在国际上,基因工程药物产业必将得到飞速发展。因此,开发具有中国自主知识产权的基因工程药物,十分迫切,其中海洋生物基因工程药物具有诱人的前景,列举了我国科学家的工作,说明海洋生物功能基因从源头发现、高效表达、功能验证到药物开发的全过程,提出了生物反应器技术、代谢工程和生物组合合成技术的潜力。

海洋生物基因资源研究和利用的其他关键问题

   养殖生物的病害已经成为制约海水养殖业健康发展的瓶颈,SARS和禽流感病毒的流行已经为我们提供了前车之鉴,为此,开展海洋重要病原微生物的基因组和功能基因组学研究已成为当务之急。从分子水平和作用机理上阐明病原微生物致病机制,是寻求有效预防和治疗疾病、阻断疾病传播和扩散的前提。特别强调了核酸疫苗和基因工程疫苗的应用潜力。

    加强开展严重危害我国海水养殖业的主要病原细菌的全基因组学的研究,以确定新的致病性相关功能基因,了解病原细菌的生物学、生理学特征及细胞与宿主机体的相互作用等分子机理,为我国的海水养殖病害诊断、高效防治技术提供新的靶点的有力支持。

    近岸养殖海域是医学微生物学研究的薄弱环节,所关联的食品安全、公共防疫和国家安全问题逐渐突显出来,海洋烈性病原微生物的负向基因资源研究应得到重视。分析我国近年来发生的食物安全和抗生素残留事件,建议选择典型敏感海域试点,开展海洋生态基因组学研究,发掘有自净化作用的关键微生物(或基因)资源针对国家安全和公共防疫建立生物安全监控和预警系统。

我国海洋生物基因资源研究与利用的策略

    我国18000公里的海岸线和300多万平方公里的海洋国土,蕴藏着十分丰富的海洋生物基因资源。面对海洋生物基因资源开发的机遇和挑战,应该树立科学发展观,在学术探索上,针对特有物种、特殊生命过程及调控网络,从建立模式体系入手,通过国家层面的有效组织,实现真正意义上的学科交叉与整合;在生物安全的前提下,面向国家资源可持续利用和环境可持续发展的需求,发现、挖掘和利用各种基因资源,用于种质改良、生产药物和高附加值产品,面向大洋和深海,开辟新的基因宝库;积极加强能力建设,注重基础性资料采集和管理,针对功能分析和应用模式建立相关技术平台;吸引更多陆地人才下海,通过建立优势团队,和虚拟研究中心等创新机制,形成资源共享的网络平台,形成我国海洋生物基因资源研究的国家创新体系和持续高效利用体系

posted on 2006-09-12 21:05 黄营 阅读(271) 评论(0)  编辑 收藏 引用 网摘

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