所史回顾

鱼跃龙门——转基因鱼的故事

  1983年,中国科学院水生生物研究所在世界上率先开展鱼类转基因研究,朱作言等人将重组人生长激素基因导入鲫鱼和泥鳅受精卵,获得快速生长的转基因鱼。随后,他们对转移基因的整合、表达和性腺传递等进行系统研究,建立了一个高效、简洁、完整的转基因鱼模型,由此开拓了鱼类基因工程育种新领域。1990年,美国《纽约时报》在长篇述评中指出,中国研究组关于鱼类基因工程的研究成果领先美国3年。"世界首例转基因鱼的诞生"更是被1989年美国出版的《科学年史》记录为近代中国两大重要开拓性科研成果之一。 

  1997年,我有幸进入朱作言先生实验室,从而接触到鱼类基因工程前沿研究的脉搏,更深入地了解了转基因鱼诞生的历史和学术背景,并亲眼目睹了转基因鱼从实验室的研究逐渐向市场迈进的历程。 

  20世纪50年代,我国取得四大家鱼人工繁殖的成功,之后又取得遗传育种和养殖技术的一系列突破,使淡水鱼类在我国人民动物性食用蛋白中占有重要地位。70年代,世界范围内悄然兴起了一股基因工程的旋风。当改革开放的大门刚刚打开,朱作言敏锐地意识到这一前沿研究所蕴藏的重要科学意义和巨大应用前景,开始构思和探索鱼类基因工程育种。起初,朱作言在70年代中期曾尝试将耐寒雅罗鱼的总DNA转移到土鲮鱼受精卵中,以期提高土鲮鱼的耐寒特性。在当时的历史背景下,这项朴素的研究可称是鱼类基因工程研究的可贵探索。那时,仅限于欧美等极少数实验室有能力进行基因克隆。1981年,在时任水生所所长的刘建康先生的鼎力推荐下,朱作言被中国科学院遴选公派至英国进修,系统学习了基因克隆等分子生物学技术。1983年,他回到水生所,在一栋职工筒子楼的2间各12平方米的陋室中,展开了转基因鱼研究。 

  转基因操作仪、显微注射针、工作台等等设施都由水生所的工人和朱作言等人手工制作完成。没有超净工作台,用酒精棉球将办公桌反复擦拭后,那跳动的酒精灯焰的周围俨然形成一个可以利用的无菌空间。朱先生清楚记得,当时的实验室仅有他从国外带回的3支移液器、2000个塑料“枪头”和1000个离心管。在我后来加入基因工程研究行列的年代,这种一次性使用的耗材在朱作言开始转基因鱼研究的时候都被当作宝贝反复使用。朱作言和他的两名助手每天轮流清洗、烘烤和回收这些小东西。我起初听到这些故事,真是唏嘘不已,感到难以置信。 

  19843月的武汉,春风吹拂大地送走了严寒,江河湖泊开始苏醒,蛰伏了一个冬季的鱼儿喧嚣而躁动,鲫鱼产卵了。朱作言和同事们着手进行转基因操作。但是,外源基因如何转移进鱼类受精卵?要用多少外源基因进行转移?转移外源基因后的胚胎如何培育?外源基因在鱼类能否发挥功效?……一连串的问号缠绕着朱作言。庆幸的是,朱作言曾经跟随童第周教授学习,掌握了过硬的鱼类胚胎显微操作技术。经过反复摸索,他和同事们终于实现了人生长激素基因向鱼类受精卵的转移。当小心呵护的转基因鱼苗在鱼池中经过几个月的生长,他惊喜地发现,有一些鲫鱼个体显著较大。是人生长激素基因在鱼体中发挥作用了吗?他要立即重复试验验证这一重要发现。然而,鲫鱼的繁殖只在每年的春季进行。已到仲秋时分,在没有斑马鱼那样的模式动物的年代,如何获得转基因操作的鱼类胚胎?仿佛是黑夜中的一道闪电划过朱作言的脑海:泥鳅不是一年有多次繁殖吗?于是,水生所附近菜场的泥鳅成了朱作言和同事们眼中的宝贝。他们又很快获得了快速生长的转基因泥鳅。1984年,在震撼世界的“超级鼠”问世后不久,中国科学家也正式确认了具有快速生长特性的转基因鱼。 

  由于早期的转基因鱼研究使用的重组基因元件来源于人类和小鼠,出于食品安全的考虑,朱作言随后提出了以全鱼基因构建体进行转基因的构想,并于1991年获得了全部由我国鲤科鱼类基因元件组成的 全鱼基因构建体。他选择了我国四大淡水名鱼之一的黄河鲤进行育种研究。这种鲤养殖历史最悠久,历史上就曾有“洛鲤河鲂,贵于牛羊”的美誉。《诗经》中称岂其食鱼,必河之鲤。将“全鱼”基因导入黄河鲤受精卵后,获得的转基因黄河鲤表现出明显的生长速度快、饵料转化效率高的优良养殖性状。 

  时至今日,世界范围内已成功研制了30多种转基因鱼。这些转基因鱼包括许多水产养殖重要品种,分别转入生长激素、抗冻蛋白、抗菌肽和溶菌酶等不同基因,或促进生长,或提高抗逆性。还有转基因观赏性鱼类,表达荧光蛋白基因,形成奇妙的体色。转基因鱼技术已开始进入商品性应用阶段。2004年初,新加坡的转荧光蛋白基因斑马鱼获准进入美国宠物市场,成为世界上首个实现商品化的转基因鱼。朱作言领导研制的快速生长转基因黄河鲤,已通过一系列的环境生态安全、食品安全评估,技术上做好了市场化的准备,有可能成为世界上首例商品化的转基因经济性鱼类。他带领的团队还成功开展了不育转基因鱼的研究,试图彻底解决生态安全问题。 

  “出丙穴而赴水,度禹门而化龙”。鲤鱼跃龙门的故事千古流传,寓意着中华民族不断开拓和进取。这些年来,跟随朱作言先生学习和工作,使我有一种自信:插上了高科技翅膀的转基因鱼,一定会谱写一曲鱼跃龙门的新传说。 

(作者:胡炜  中国科学院水生生物研究所 副所长 研究员 )

(原文于2009923日在新华网发布