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星言星语与星月(214):无刺鱼的故事

已有 1794 次阅读 2022-10-22 17:45 |个人分类:谈情说爱|系统分类:科普集锦

“才饮长沙水,又食武昌鱼。”因为毛主席的赞誉,武昌鱼红遍大江南北。吃过武昌鱼的都知道,味道确实鲜美,遗憾的是鱼刺不少(图1)。挑刺既麻烦又浪费时间,很大程度影响了吃鱼的快感。而且一不留神,还容易被鱼刺卡到,那滋味可不好受!哎,要是鱼无刺该多好。这也成了多少人年幼时的一个梦想。

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图1  清蒸武昌鱼

2021年12月18日,华中农业大学水产学院高泽霞教授带领的团队,找到了控制鱼刺的基因,并且成功培育出了第一代无刺鱼。鱼刺基因?控制鱼刺?听上去挺高大上的吧,让我们一起来看看高泽霞团队的成功经历吧。

时间回到2012年,刚刚博士毕业的高泽霞,选择了“如何让刺多的武昌鱼变成无刺鱼”这一课题。这是一个非常有趣的话题,以往对鱼刺的研究都是从形态方面出发,没有什么实用价值。而高泽霞却从民生角度,找到了一个具有潜在经济效益的课题。

她相信,改变鱼类的基因可以做到这一点,即通过遗传和分子调控来改变鱼刺的有无。这是目前研究的空白,如果找到调控鱼刺生长的基因(主效基因),就可以像如意金箍棒一样,顺从人的意志,让鱼刺有就有,没有就没有。哈哈,神奇吧!但是说起来容易,做起来可不那么简单:一个生物体内差不多有上万个基因,要从中准确寻找到控制鱼刺的基因无异于大海捞针。

开始,高泽霞教授以武昌鱼为实验对象,将它身上的每一根细刺小心翼翼地挑出来,剔除附着在鱼刺身上的结缔组织(图2-3)。为了保持鱼刺的新鲜度,快速放进液氮保存,再快速提取与鱼刺相关的RNA信息,快速找到RNA的基因表达。然而,说是快速,整个团队完成这一操作,也足足花了三个月时间,才最终筛选出可能和鱼刺相关的近50个基因。

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图2  高泽霞团队小心翼翼地“挑刺”

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图3  左为从武昌鱼中挑出的全部鱼刺,右为肌间刺示例

接下来就是逐个验证这50个基因,哪个才是真正的“鱼刺基因”了。由于武昌鱼生长速度比较慢,科研团队决定将这些基因放到斑马鱼身上进行试验。团队利用基因编辑技术,一个一个基因依次敲掉,看鱼刺生长有没有发生变化,这个验证又耗费了7年时间。

顺便说一句,所谓基因编辑技术,即对目标基因进行编辑和修饰,在该文则指代对控制鱼刺生长的基因进行人为干涉;而基因敲除,即改变生物的遗传基因,令其特定功能丧失,从而获得屏蔽效应。

直到2019年底,这个浩大的工程才接近尾声,在淘汰了40多个基因后,主效基因终于出现(主要控制鱼刺生长和消失的基因)。敲除主效基因,斑马鱼变为无刺鱼,且生长状态良好。为了进一步验证这些无刺鱼的基因稳定性,又再经过几代繁育,高泽霞教授发现后代斑马鱼也都是无刺鱼。这才可以确定,找到的就是主效基因。

现在,高泽霞团队和中科院水生所的桂建芳院士团队已经分别在武昌鱼、草鱼和鲫鱼身上敲除了这一基因,获得的第一代杂合体的无刺鱼生长状况良好。科学家们确定所有种类的有刺鱼,只要敲除了“鱼刺基因”,都可以得到相应的无刺鱼。

写到这里,我们要区分一下鱼刺和鱼骨头的概念。鱼骨头是鱼类的骨架,没有骨架它就不是鱼类了,而是软体动物。而鱼刺是指鱼肉中细密的小刺,也是我们吃鱼时最讨厌的部分,被叫做肌间刺。

科学家认为,肌间刺主要有两点作用:一是支撑肉质比较疏松的鱼类的肌肉;二是肌肉力量的传导。低级鱼类因为不能控制自己的身体,亟需借助肌间刺控制肌肉摆动身体,加快游动速度。既然肌间刺和鱼类运动有关,那么刺的多少就和肌肉蛋白质含量有关。

海鱼鱼刺少,淡水鱼鱼刺多,显然海鱼的肉质更有弹性。依据这一点,可以认为肌间刺是低等真骨鱼类所特有的一种结构,这些鱼刺的数量会随着鱼类的演化逐渐减少,直至进化到某一阶段以后才会完全消失。换句话说,淡水鱼意味着还在进化的过程中。

那么,高泽霞教授的科学研究强行将鱼刺较多的武昌鱼变成无刺鱼,会不会拔苗助长呢?鱼肉倒是容易吃了,但肉质的弹性会不会降低呢?另外,缺失了鱼刺的武昌鱼要么就要减少游动,要么学会依靠肌肉的力量来控制游动。好在它们不必去浩瀚的大海与对手竞争食物,在人工养殖的环境下,衣食无忧的武昌鱼势必运动能力减弱,从而变胖,肉多,但肉质会不会有所下降呢?或许人类的味觉也没有如此敏感,肉多的鲜鱼或许味道一样鲜美,正如“桃花流水鳜鱼肥”。以后,饲养无刺鱼所需的水质和饲料及条件和时间可能与有刺鱼完全不同了。

可以预测,无刺鱼将会是大宗淡水鱼产业、家庭饮食结构的一次升级。但它毕竟是基因编辑的产物,很多人担忧:吃下去是否安全?不过,相信科学家会拿出足够的证据,让我们吃还是不吃。

附:武昌鱼(Megalobrama amblycephala),学名团头鲂,俗称鳊鱼、草鳊等,属鲤形目(Cypriniformes)鲤科(Cyprinidae)鲌亚科(Cultrinae)鲂属(Megalobrama)。武昌鱼作为我国所特有的优良淡水鱼类,是易伯鲁教授在1955确定的新物种。

易伯鲁(1914-2009),中国知名的鱼类生态学家,武昌鱼的命名人,中国最早研究浮游甲壳动物的学者,毕业于西南联合大学生物学专业,先后就职于北平动物研究所、中央动物研究所,1971年由中国科学院水生生物研究所调入华中农学院,是水产学院水产系的创始人之一,水产养殖学科的奠基人。



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