吃魚被魚刺卡喉，是眾多食客的切膚之痛。但不巧的是，我國主養(yǎng)魚類如青、草、鰱、鳙、鯉、鯽、魴，都存在一定數(shù)量的肌間刺，即布于魚背、魚尾等處惱人的“小刺”。

這些魚能不能不長小刺？這在以前，是天方夜譚。但現(xiàn)在，這個“無理要求”有望成為現(xiàn)實。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院教授高澤霞團隊，成功培育出無肌間刺斑馬魚。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《國家科學(xué)評論》（英文版）。此外，該研究團隊通過敲除決定魚類肌間刺形成的關(guān)鍵基因，成功培育出了無肌間刺的武昌魚。

(資料圖片僅供參考)

這些創(chuàng)新性成果的背后，是高澤霞團隊歷時10年之久的求索。自開展無小刺魚研究以來，團隊從2012年到2021年，僅拿到4項共計170萬元的經(jīng)費支持，加上2021年剛獲批的一個250萬元的項目，前后也僅有420萬元經(jīng)費支撐。

靠有限的經(jīng)費資助，高澤霞團隊是怎樣一步步做出這項原始創(chuàng)新成果的？這一切要從10年前說起。

魚刺卡喉之痛

2010年6月，高澤霞從華中農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)，獲得農(nóng)學(xué)博士學(xué)位。那時，她所在的團隊主要關(guān)注武昌魚的生長、抗病和耐低氧性狀。漸漸地，高澤霞覺得“讓武昌魚長快一點、長大一點”“抗病能力和耐低氧能力強一點”，有點“不過癮”。

“長得快、抗病、耐低氧的問題解決之后，武昌魚的價格還是抬不上來。為啥？魚刺多！”她告訴《中國科學(xué)報》，肌間刺的存在嚴重影響了魚類的食用和加工價值。

于是她開始查文獻，發(fā)現(xiàn)之前也有學(xué)者關(guān)注過這個問題，但并未深入研究。

理論上講，如果能找到肌間刺形成的主控基因，是可以通過基因編輯技術(shù)實現(xiàn)不讓武昌魚長出肌間刺的。但更重要的問題是，不長肌間刺的武昌魚能否正常生長。

高澤霞想到，在魚類進化過程中，有的魚類小刺變軟退化，鱸形目的鱸魚、鲇形目的黃顙魚等甚至沒有肌間小刺……她覺得，此前的構(gòu)想值得一試。

中科院水生生物研究所研究員徐旭東告訴《中國科學(xué)報》，在魚類演化史上，小刺經(jīng)歷了逐漸增多、形態(tài)趨向復(fù)雜，之后又逐漸減少、消失的過程。他說，低等真骨魚類如鯡形目、鯉形目，小刺較多，而較高等的鱸形目小刺則完全消失。但被國人選中的主養(yǎng)魚種刺很多，因為那些無小刺魚類一般養(yǎng)殖成本較高，或者“嬌氣不好養(yǎng)”，在產(chǎn)量上難以與常見的七大主養(yǎng)魚相匹敵。

除了產(chǎn)業(yè)價值，這項研究背后也有科學(xué)價值。高澤霞表示：“我們的父母長輩包括我自己都有腰椎間盤突出問題，研究肌間刺還跟骨質(zhì)增生（俗稱骨刺）有點關(guān)系。”綜合因素下，她決定瞄準魚類的肌間刺剔除一探究竟。

理想很美，但真做起來的時候她才發(fā)現(xiàn)，無從下手。

“沒人告訴你該怎樣開展這項工作。查閱生物信息數(shù)據(jù)庫，也沒多少肌間刺相關(guān)的遺傳資源，大都是表型方面的，比如肌間刺什么時候長、骨化順序如何等。”高澤霞說，“這也是當(dāng)時為什么這類項目很難申請到經(jīng)費的原因——沒有研究基礎(chǔ)、沒有預(yù)期結(jié)果，確實讓人很難辦?！?/p>

不過，探索的種子已經(jīng)在心里扎了根，高澤霞堅持要試一試。沒有正式項目支持，就借著實驗室研究武昌魚的便利，先從基礎(chǔ)工作慢慢做起。

“挑刺兒”是個技術(shù)活

高澤霞是從最基本的形態(tài)學(xué)開始做起的，再設(shè)法構(gòu)建肌間刺的遺傳資源，找到肌間刺形成到底是哪些基因表達在發(fā)揮作用，哪個或哪幾個基因是關(guān)鍵基因。

“要想知道梨子的味道，就得親口嘗一嘗?！睂τ趩栴}的答案，高澤霞決定把它們一個個“挑”出來。

這個“挑”，是“挑刺兒”的“挑”。

一條性成熟的武昌魚約有120多根肌間小刺（注：存在個體差異，普遍數(shù)量為84~146根），每根小刺都刺入肌肉組織內(nèi)部，且周圍有結(jié)締組織粘連。高澤霞要做的，就是要把這120多根肌間刺從魚身上挑出來，提取高質(zhì)量的轉(zhuǎn)錄組RNA，進而探究肌間刺發(fā)生與基因表達之間的關(guān)系。

這是個有難度的技術(shù)活兒。要挑刺兒，首先就得知道這120多根肌間刺都分布在哪里，接著要從被麻醉的活魚身上，把這些跟結(jié)締組織粘連的肌間刺干凈利落地拔起；拔出后，還要迅速除掉外周的肌肉組織，趕在RNA降解之前放進液氮中研磨，使骨組織充分分解，進而提取高質(zhì)量RNA。

高澤霞帶著學(xué)生一挑就是3個月。3個月后，她的眼睛看哪兒都像有根刺。

這套“挑刺”程序也改進了提取RNA的方法，實現(xiàn)了世界上第一次全面魚刺基因表達，高澤霞據(jù)此申請了魚刺研究的第一個國家專利。她告訴《中國科學(xué)報》，從那之后，高質(zhì)量地挑刺、拔刺，成了課題組每個學(xué)生必備技能之一。

通過對武昌魚肌間刺發(fā)生、發(fā)育不同時期的轉(zhuǎn)錄組、mRNA組、蛋白組等多組學(xué)分析，加之對比肌間刺組織與其他骨骼組織的基因、蛋白表達的差異，高澤霞研究團隊逐步弄清了調(diào)控武昌魚肌間刺生長發(fā)育的基因作用，并篩選、鑒定了一批（約60個）關(guān)鍵候選基因。

調(diào)控肌間刺發(fā)育的主效基因就藏在這些候選基因中。換言之，只要找對了關(guān)鍵基因，就可以通過基因編輯技術(shù)，逐步構(gòu)建無肌間刺的武昌魚。

“完全沒有肌間刺，才有意義”

候選基因在手，高澤霞帶領(lǐng)團隊開始用模式魚類——斑馬魚來篩選主導(dǎo)魚類肌間刺發(fā)生發(fā)育的關(guān)鍵基因。鯉形目的斑馬魚，性成熟只需3個月，用它來做基因篩選，能夠盡快看到敲除掉不同基因后魚的“長刺表現(xiàn)”。

對60多個基因逐個排除、驗證，找到關(guān)鍵主效基因，工作量巨大，花了四五年時間。

其間，研究團隊也有一些動搖：培育一些少刺魚是不是也可行呢？畢竟少刺也比多刺強。這樣是不是也可以算作改良育種？但思忖再三，高澤霞覺得還要繼續(xù)找下去。

“只做一半算怎么回事兒？”她對《中國科學(xué)報》說，無論是對消費者還是對養(yǎng)殖業(yè)而言，“完全沒有肌間刺，才有意義”。

這幾年里，高澤霞扛住了許多壓力。比如，她的學(xué)生用無小刺魚的研究方向開題時，有生態(tài)等領(lǐng)域的評審專家直接在開題報告答辯會上“勸退”。

“越是有質(zhì)疑的聲音，我越有動力?！备邼上颊f。

2015年，徐旭東以全國政協(xié)委員、水生生物專家的身份，在科學(xué)網(wǎng)博客發(fā)表題為《中國應(yīng)培育無小刺主養(yǎng)魚》的博文，作為他建言相關(guān)部門設(shè)立“原始創(chuàng)新基金”和“原始創(chuàng)新計劃”的生動案例。

文章中，徐旭東提到“中國科學(xué)家應(yīng)當(dāng)拿出當(dāng)年攻關(guān)雜交水稻制種技術(shù)的智慧和勇氣培育無小刺主養(yǎng)魚品種”，他覺得“在中國人的食譜中，動物性蛋白營養(yǎng)有1/3來自魚類”，因此這個動議“并非小題大做”。

高澤霞與徐旭東素未謀面，但得此文如遇知音，也堅定了她研究無小刺魚的決心。

我國魚類遺傳育種與發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域知名專家、中國科學(xué)院院士桂建芳對她帶領(lǐng)團隊做肌間刺工作也非常支持，并在研究思路、實驗具體方案方面提供了很多指導(dǎo)。這讓高澤霞很是感動。

“無小刺魚”的故事未完待續(xù)

從60多個候選基因中，高澤霞團隊先后發(fā)現(xiàn)了3個基因在不同程度上調(diào)控了魚類肌間刺的發(fā)生發(fā)育。最終他們確定runx2b基因缺失會導(dǎo)致突變斑馬魚肌間刺完全缺失，且其個體生長、其他骨骼單元形成、肌肉脂肪酸和氨基酸含量等性狀均未受到顯著影響。

“真的一根肌間刺都沒有！當(dāng)時我們都不敢相信這是真的?！备邼上茧y以描述當(dāng)時的心情。

在模式魚類上告捷，高澤霞馬不停蹄地帶隊在武昌魚身上看效果。這一步也非常關(guān)鍵。

當(dāng)敲除runx2b基因的武昌魚魚苗被培育出來、經(jīng)過“長刺期”，觀察到確實沒有肌間刺之后，高澤霞內(nèi)心的激動久久不能平復(fù)。

故事到這里還沒講完。

高澤霞告訴《中國科學(xué)報》，成果被報道后，許多人找她投資，聲稱要建廠、開公司。對此，高澤霞特別強調(diào)并聲明：“無肌間刺武昌魚的生產(chǎn)性推廣，一定要經(jīng)過嚴格的試驗性養(yǎng)殖評估。對每一代無肌間刺武昌魚的生長、肉質(zhì)等指標(biāo)也都需要進行細致評估，并且需國家層面有關(guān)基因編輯培育新品種的制度建立和頒布實施之后，才能考慮進行生產(chǎn)性推廣?！?/p>

“無小刺魚相關(guān)的評估工作我們目前正在開展，另外，我們與國內(nèi)多個團隊合作開展了草魚、銀鯽、鰱等重要養(yǎng)殖魚類的魚刺形成主效調(diào)控基因敲除實驗，也取得了一些進展。”高澤霞說。

“我們今年共獲得了300多條完全沒有肌間刺的武昌魚?！边@個數(shù)字讓她有點驕傲。這些魚是團隊取得突破性成果的證明，而這些魚，也足夠他們開展接下來的工作了。（記者 趙廣立）