近日，牡蛎基因组计划（Oyster Genome Project，OGP）项目组宣布，历时2年的牡蛎基因组序列图谱终于绘制完成。这是世界上第一张养殖贝类的全基因组序列图谱，标志着基于短序列的高杂合度基因组拼接和组装技术获得了重大突破。据悉，牡蛎基因组图谱已达到国际领先的基因组图谱标准。
水产养殖研究进入基因组时代！
根据资料显示，2007年全国水产养殖总产量已达到3490万吨，占世界水产养殖产量的70%，其中海水养殖产量为1384万吨，占到我国水产养殖产量的41%。我国海水养殖产量75%以上是贝类，而牡蛎作为贝类的“模式种”，一直受到科学家们的广泛关注。
鉴于国家海洋经济发展战略和现代生物学科的发展需求、牡蛎优越的经济价值及其潜在的基础研究价值，2008年5月，中国科学院海洋研究所研究员张国范博士和美国新泽西州立大学教授郭希明博士联合发起了牡蛎基因组计划，并以深圳华大基因研究院为首选科技合作伙伴，组成了一支以中国科学院海洋研究所为核心的国际牡蛎基因组研究团队。牡蛎基因组计划在国家科技部和大连獐子岛渔业集团股份有限公司的大力支持下完成。
牡蛎——贝类的“模式种”
牡蛎俗称海蛎子、蚝等,隶属软体动物门，双壳纲，珍珠贝目，是世界上第一大养殖贝类,是人类可利用的重要的海洋生物资源之一，为全球性分布种类。除了可为人类食用外，牡蛎也是海洋生态系统的重要成员，对内湾和近海水域藻华的调控具有重要作用。牡蛎在动物系统演化中还具有举足轻重的地位，是形态各异的冠轮动物的代表。作为海洋养殖年产量最大的动物类群，世界牡蛎年产量约为400多万吨。由于其分布广、经济和生态价值高，牡蛎受到广泛的关注，是研究最为充分的贝类，是贝类的“模式种”。
中国拥有丰富的牡蛎资源，是牡蛎的故乡。早在两千多年前，中国南方沿海一些地区的居民就掌握了牡蛎养殖技术。随着牡蛎养殖产量的迅速增加，解决“如何高效利用牡蛎资源进行高值化开发利用，为人类提供理想的海洋食品及海洋药物”“如何以细胞工程、基因工程和酶工程为手段进一步加强海洋生物技术的应用”“如何开发海洋生物基因工程药物和细胞工程药物等相关产业的发展”等问题，对推动我国海洋产业的迅速发展具有极其重要的现实意义。
一个物种基因组计划的完成，就意味着这一物种学科和产业发展的新开端。
基因是一种有限的战略性资源。因此，开发基因资源已成为发达国家之间激烈竞争的焦点之一。基因工程研究的基本任务是开发人们有特殊需要的基因产物，这样的基因统称为目的基因。随着科学技术的高速发展以及DNA内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前，生物学家不再仅仅满足于探索、揭示生物遗传的秘密，而是设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。“一个物种基因组计划的完成，就意味着这一物种学科和产业发展的新开端”。经过多年奋斗，中国已是基因组研究的大国，华大基因作为人类基因组计划中国部分（1％）的主要完成者，先后独立完成了水稻、家蚕、家鸡等重要经济种类的基因组测序，并成为中国在国际基因组学领域的代表。
新策略解决高杂合度基因组的序列拼接和组装
蔚蓝色的海洋意味着博大、深邃，同样也意味着未知。
随着人类和模式生物基因组计划的实施，世界各国已经瞄准了这片神秘的蔚蓝，瞄准了海洋生物基因资源。对于基因组测序来讲，牡蛎是一个全新的物种，没有相近物种的参考序列。牡蛎基因组测序选取的研究对象是染色体数目较少（2n=20）、基因组较小（约为800M）的长牡蛎，这是目前测序物种中杂合度最高、拼接难度最大的物种。在研究之初，重重难题便摆在了项目组研究人员面前。测序利用的是4代近交纯化个体，理论上能降低60%以上的杂合度，但其杂合度之高还是项目组始料未及的。考虑到大熊猫基因组也是基于短序列高通量测序技术完成，而且牡蛎基因组远远小于大熊猫的基因组（大熊猫的基因组是2.4G，接近牡蛎基因组的3倍），牡蛎基因组项目启动时，曾计划借鉴大熊猫的测序和拼接策略，但是，在具体实施过程中，项目组发现牡蛎基因组的高杂合度导致仅仅依靠大熊猫的测序策略根本不能完成拼接工作，这使得项目曾一度停滞不前。
基因组数据全面提供解析牡蛎典型性状的组学基础
牡蛎基因组由8亿个碱基对组成，大约包含2万个基因。从初步分析来看，基因组数据支持了海洋低等生物具有高度遗传多样性的结论。
目前，已验证的109种锌指蛋白结构域在牡蛎基因组中均有发现，并且在整个基因组中所占的比例远远超过人类。这为解释牡蛎含锌量高的特点提供了基因组水平的线索。
随着牡蛎基因组数据的深入发掘，有可能为有效改变牡蛎的生活习性，使其能够更好的为人类所利用提供更广阔的技术思路。如，自然状态下的牡蛎会固着在船舶和管道表面，造成船舶阻力增加、管道堵塞等，这种特性使牡蛎被列为海洋污损生物之一。通过搜寻牡蛎基因组有望能够发现牡蛎附着变态调控通路中的关键受体，寻找经济有效的药物，诱导牡蛎幼虫跳过附着过程，直接发生变态而成为单体牡蛎，这个问题便迎刃而解。该问题的解决，将极大地造益于我们的经济和国防。
牡蛎是海洋潮起潮落中的王者。一般分布在潮间带和潮下带水深不超过10米的范围内。牡蛎还是抗逆性最强的水生动物之一，2亿年来潮间带多变的环境练就了牡蛎对温度、盐度、露空和海区常见病原极强的抵抗能力，在落潮露出水面时，能够耐受夏天酷热干燥的天气，同时也能够成功适应冬天冰冻天气，在离水露空条件下可存活1—2周，甚至1个月的时间。牡蛎高超的生存能力源于其内在的修为——完善的免疫防御机制，这些生物学特性在研究物种抗逆机理方面具有极高价值。
作为软体动物门的典型物种，在生物进化的大树上远远比天上的飞鸟，陆地的爬虫和徜徉海底漂亮的热带鱼类低等得多，但为什么牡蛎却能适应复杂多变的潮间带生活环境呢？
虽然没有进化出高等动物那样完善的获得性免疫，但牡蛎将天然免疫的功效发挥到极致，种类繁多，数量扩张的模式识别受体能够针对不同病原的保守位点做出准确的反应并通过信号级联放大对效应分子进行总动员，进而将病原挡在门外。谷胱甘肽氧化酶、糖原磷酸化酶、金属硫蛋白、热激蛋白等硕大的防御相关基因数目更是确保了牡蛎对温度、盐度和氧气浓度的广谱耐受性。另一方面，有些牡蛎对病原和重金属有较强的耐受能力，但是能够富集这些病原和物质，这种牡蛎被人类食用后便会引发疾病，熟为人知的诺如病毒感染性腹泻便是由富集在牡蛎体内的诺如病毒引起的。牡蛎基因组的测序给广大科研工作者提供了一个从基因组水平上解析牡蛎免疫防御机制的平台，为人类的饮食健康和食品安全提供了保障。
牡蛎的性别反转是令人非常感兴趣的科学问题。在自然群体中，大多数牡蛎个体属于雌雄异体，小部分为雌雄同体，牡蛎还可以自发“变性”，同一个个体在不同年份或不同的环境条件下，表现出不同的性别。牡蛎的性别决定调控机制是最令世界各国科学家感兴趣的课题之一，已有研究发现这可能和某个主效基因有关，雄性个体表现为异型配子形式，牡蛎基因组图谱的完成，有望为找到这个基因提供有力线索。研究发现牡蛎精子结合素蛋白Bindin可能与精卵的特异性识别有关，借助基因组数据对Bindin的种内和种间多态性和卵膜受体进行深入研究，可以阐明不同牡蛎生殖隔离的作用机制。
牡蛎有如此令人称奇的生殖能力，这和牡蛎基因组的高度杂合有哪些潜在的关系，通过全基因组序列测定和分析或许可以为科研工作者深入探索这个科学问题提供线索。
随着牡蛎基因组的进一步注释，结合牡蛎转录组、小RNA、表观遗传学和系统生物学的研究，使科研工作者可以建立一个窗口，“从内向外”地观察牡蛎的各种生物学性状及其与环境的互作，全面解析牡蛎高繁殖力、高耐受力、高杂合性等生物学特性，研究杂种优势、物种分化和性别决定、高突变率及高遗传负荷、附着变态等组学机制，搭建基因组育种理论研究和技术平台，提升贝类和海洋基因组学研究水平，促进贝类养殖产业健康和可持续发展。
牡蛎全基因组序列图谱的绘制完成，将有力的推进基因组应用技术的发展。
李宁院士指出，“未来农业生物育种就将是基因组育种”。传统的育种主要依赖于表型性状进行定向选择。这种育种方式为人类提供了大量食物，是当前育种的最常规途径。但常规育种存在着周期长、准确性低、材料维护困难等问题，这些问题是一直困扰着育种学家的难题，且常规育种难以满足未来差异化市场发展的需求。全基因组序列图谱的绘制完成，将使这些问题得到有效的解决。
政企研结合 共推基因组计划发展
牡蛎基因组计划瞄准海洋生物领域的关键科学和技术问题，具有前瞻性、创新性和重要的现实意义，是一个系统的科学工程，内容多、任务重、投入大，需要政企研的通力合作。在牡蛎全基因组序列图谱绘制完成的过程中，国际牡蛎基因组研究团队得到了科技部、中国科学院和獐子岛渔业集团的大力支持，是政企研合作的又一杰出成果。
獐子岛渔业集团是一家以海水增养殖为主的，集海珍品育苗、增养殖、加工、贸易、海上运输于一体的综合性海洋食品企业。作为农业产业化龙头企业，集团一直致力于科技创新，倡导并实践了“政府+科研机构+公司”的合作模式，与中国科学院海洋研究所建立了长期稳定的战略合作关系，取得了丰硕成果。
牡蛎基因组测序的完成开启了海洋贝类基因资源发掘之门，对产业的长期可持续发展具有重要作用。獐子岛渔业集团有关负责人表示，在发展的过程中，集团深刻认识到科技对产业发展的巨大推动作用和基因资源对于产业可持续发展的重要性。獐子岛渔业集团重资支持牡蛎基因组的研究，是集团从国家需求、产业发展的高度，从自身战略发展需求的角度做出的重要决定。集团对牡蛎基因组计划的后续研究与未来的产品研发充满了信心。
牡蛎全基因组序列图谱的成功绘制，倾注着众多科研工作者的共同心血。牡蛎基因组计划得到了唐启升院士、朱作言院士、杨焕明院士、徐洵院士、向仲怀院士、李宁院士、刘瑞玉院士、张福绥院士以及相建海研究员、王清印研究员等专家的关心与指点，得到了大连獐子岛渔业集团吴厚刚董事长和王诗欢总经理的热心支持。
“基因”引领未来
基因资源是国家战略资源。当前各国在生物产业链方面的意识空前提高，通过整合产业资源、完善产业链条、抢占产业上游的龙头，以谋求对产业链的掌控和垄断。牡蛎全基因组序列图谱绘制的完成，将极大地推动科学家对以牡蛎为代表的贝类乃至其它水产动物，特别是海产无脊椎动物基因资源的有效开发和深度利用研究。
随着水产基因组时代的到来，我国的科研工作者在对基因资源的深度发掘和利用方面集中突破：一是基于牡蛎全基因组序列图谱，结合比较基因组学研究，对基因组进行深度解析，了解牡蛎等贝类基因组结构和功能特征。二是批量发掘生长、发育、生殖、性控、贝壳形成和抗逆性等重要性状相关功能基因,为深入开展贝类生物学基础研究提供基因资源。三是对重要经济性状进行基因解析，筛选和验证生长、发育、抗性等关键基因，研究其作用机理和调控网络，明确基因型与表型关联性,为性状改良和品种培育提供理论基础。四是研究分子设计育种的理论和方法，分析基因、调控网络对环境的反应，建立G-P链接模型和数据库，开发生长和抗性性状的复合/聚合技术，构建模拟育种技术平台。五是开发编码具特殊营养或应用价值的多肽和蛋白基因，筛选水产动物特有的具有自主知识产权的药物功能基因或药物合成相关的功能基因，为批量生产功能多肽和蛋白及研制开发新型海洋药物奠定基础。 （科技日报 廖洋 建高）
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