君驾一叶舟 出没风波里——记湖南师范大学省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室主任刘少军

□ 刘 佳

在湖南师范大学，坐落着我国目前唯一一个以“淡水鱼类”命名的国家重点实验室——省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室。实验室走廊的宣传栏里醒目地写着16个大字：脚踏实地、探索创新、持之以恒、水到渠成。

这是实验室主任刘少军字斟句酌之后制定的“室训”。就在2019年年初，他领衔的“淡水鱼类远缘杂交关键技术及应用”项目被授予2018年度国家科技进步奖二等奖，打破了国际同行对鱼类远缘杂交不可育的认知藩篱。这是他第二次以第一完成人身份荣获国家科技进步奖二等奖。“科研要创新，跟着别人搞没用。鱼类良种创制是无止境的，没有最好，只有更好。”刘少军自信地说。

家中兄弟姐妹，他是唯一一个名字里不带“鱼”的，却是个十足的“鱼痴”，微信名都取作“fishfamer”。在科研的江湖中，他就像一个“渔夫”，以勤恳创新为风帆，出没在风波里，“捕捞”起一份惠民的事业。

织出远缘杂交技术网

19世纪，“现代遗传学之父”孟德尔对7对性状的豌豆（2n=14）进行了近缘杂交试验。由此而形成的经典孟德尔遗传定律成为历代生物学家的“宝典”，但这一“宝典”在面对远缘杂交育种时却有些力不从心。

远缘杂交与近缘杂交当然不只是一字之差。无论是从亲缘关系出发，还是在染色体数目角度上，二者的遗传规律都存在本质的差别。“长期近交容易导致品种退化，出现生长速度下降、抗性降低、繁殖力降低等不良现象。”刘少军解释道。但远缘杂交则不同，作为种间、属间乃至亲缘关系更远的生物类型个体之间的杂交，它可以使不同物种的基因组组合在一起, 导致杂交后代的表现型和基因型都发生改变。在基因型方面，远缘杂交能导致后代DNA结构（如DNA重组及变异）和基因表达发生变化；在表现型方面，远缘杂交能导致后代在外形、生长速度、食性、存活率以及抗病能力等方面发生变化。要知道，基因型和表现型的改变是遗传育种的重要基础。放到鱼类良品培育上来说，通过远缘杂交可以形成遗传变异且两性可育的二倍体和四倍体鱼品系，在生物演化和鱼类遗传育种方面具有重要意义。

“世界上形形色色的鱼类有3万多种，它们的形成是不是与杂交和多倍体变化有关，这是值得研究的科学问题。”话虽如此，刘少军也深知，在鱼类远缘杂交的遗传规律和繁殖规律方面，长期以来一直缺乏系统的理论和技术支撑，要钻研出眉目来并不容易。“淡水鱼类远缘杂交关键技术及应用”项目的一个可贵之处就是揭示了鱼类远缘杂交主要遗传和繁殖规律。

为了把规律摸清楚，刘少军主持设计并系统开展了37种不同组合的鱼类远缘杂交实验，进一步开展了自交、回交、杂交、雌核发育等实验，创建了132个群体或品系。以这些样本为基础，他们在染色体水平上揭示了鱼类远缘杂交遗传规律。通俗地说，当母本染色体数大于父本染色体数时，可形成同源四倍体鱼、二倍体鱼品系；当母本染色体数等于父本染色体数时，可形成异源四倍体鱼、二倍体鱼品系；当母本染色体数小于父本染色体数时，则难以形成存活后代。“我们首次发现了杂交鱼中具有嵌合基因，而且能够稳定地遗传和表达下去。”令刘少军欣慰的是，他和团队在基因组、转录组和FISH等水平上解析了杂交鱼遗传特性。以杂交鱼中具有嵌合基因为例，这能够降低亚基因组之间不协调性，有利于杂交品系形成。他们还进一步阐明了杂交鱼DNA和基因表达变异能引起其繁殖、外形、食性等变化；证实了杂交导致ChordinA基因变异是金鱼双尾形成主要原因；并利用基因编辑技术对色素、生长、生殖等相关基因功能进行了研究。

但对刘少军团队来说，他们更想回答的一个问题是远缘杂交究竟能不能形成可育品系。他认为，生殖隔离对于维系物种数量的平衡的确发挥了重要作用，但是物种在演化过程中，有物种的灭亡，也有新物种的诞生。通过远缘杂交，克服生殖隔离，形成新物种的可能性是存在的，尤其在鱼类中，这种可能性很大。

这一观点并非空中楼阁，而是经过了大量实验的检验。他们发现：异源四倍体鱼（4n=200）的形成机制在于异源二倍体鱼（2n=100）产生二倍体配子；同源四倍体鱼（4n=200）的形成机制在于异源四倍体鱼（4n=148）产生同源二倍体配子和同源三倍体配子。而这些特殊配子形成与早期生殖细胞融合及核内复制等有关。“远缘杂交能形成可育品系”，刘少军团队用事实证明了这一点，他们创制了一系列可育的四倍体鱼和二倍体鱼品系，为远缘杂交形成新物种提供了重要证据。“这些品系具有非常清晰的遗传背景，是研究生物学各种特性的极好材料。”刘少军自豪地说。

荣获2018年度国家科技进步奖二等奖

江湖响彻渔歌子

刘少军自认科研“渔夫”。

20世纪80年代开始，他就已经着手研究鱼类远缘杂交和染色体倍性操作了。对刘少军和他的团队来说，每一个新鱼种的出现都像是一场奇迹。他们在选择远缘杂交研究亲本时，往往以鲫鱼、鲤鱼、团头鲂（俗称鳊鱼）、鲌鱼、草鱼等非常普遍的经济鱼类为主。这些鱼更容易出现在人们的食物谱系里，刘少军希望能够从这些“亲民”鱼种中取得更大的突破，让人们吃到更多更好的鱼。“以前做鱼类研究是为了攻克‘吃鱼难’问题，现在要解决的是如何才能‘吃好鱼’问题。”

刘少军希望能够通过远缘杂交实现这一目标。每年3到6月，是鱼类产卵的季节。一般情况下，这些鱼类产卵会从凌晨四五点开始。为了更详尽地观察鱼类产卵的情况，每逢这个时节，但凡身在长沙，他都待在实验基地里跟着鱼作息。他需要一次次从成百上千条杂交鱼里收集珍贵的精液、卵子，小心翼翼放进培养皿里。在远缘杂交后代可育率很低概率的情况下，一年能做一两个鱼类远缘杂交组合就已经很不容易了。而这些杂交后代中，每代至少需1年才能性成熟，有的需要两年、甚至4年及以上才能性成熟，研究才能接着做下去。而且，鱼类远缘杂交后代中可育的雌性和雄性个体数目非常少，即使是可育的后代，一般精液和卵子质量也非常差，从数以千计中能找出几十条就很幸运了。

没有什么捷径可以走，刘少军只能带着团队精心设计、耐心收集。就这样，靠着积少成多，他和团队在近30年时间内做了37个杂交组合，其中28个组合能够形成存活后代。也因此，他们才能够揭示出远缘杂交的相关遗传和繁殖规律，为他们在国际上首次建立起适合于鱼类远缘和近缘杂交的一步法育种技术和多步法共性育种技术等奠定了重要的基础。

所谓“一步法育种关键技术”，指的是在双亲染色体数目相同前提下，研制具有杂交优势F1群体。远缘杂交鱼繁殖率极低，只有万分之一的几率，“多步法育种关键技术”的“多步”则表现为首先需要突破远缘杂交F1难以生殖的瓶颈，然后定向创制可育四倍体鱼和二倍体鱼品系，从而利用新建品系进一步研制优良三倍体鱼和二倍体鱼。

如何利用这些技术来育种？刘少军举起了例子。他和团队曾经采用红鲫做母本、用团头鲂做父本进行杂交。第一代后代连续养了两年才性成熟，其中有上千条鱼是可育的候选对象。到第二代后代时，精心培育出了几十条可育的实验鱼。一代代做下去，这个同源四倍体鲫鱼已稳定繁殖第13代了，形成了一个新型的同源四倍体鱼品系。这是世界上首例通过远缘杂交途径研制出的两性可育的同源四倍体鱼品系。

“像养崽一样，天天看着。”刘少军又想起当初他们做实验时小心翼翼又心存期盼的样子。但当这些“崽”真的壮大起来，他们也像家长看到孩子的优秀成绩单时一样欣慰。

至此，他们可以斩钉截铁地宣告：这些技术的提出真正为鱼类杂交育种提供了具有指导意义的共性技术，避免了只偏重双亲优势互补来设计杂交组合的盲目性和不确定性，提高了杂交育种设计的预见性、可行性和存活率。

有了多步法育种技术，刘少军和团队研制出了3个新型四倍体鱼品系，并用新型和改良四倍体鱼品系制备了湘云鲫2号、新型三倍体鲤等优良三倍体鱼。而在创制的11个二倍体鱼品系中，他们首次发现和证明了鲤—鲫—金鱼形成途径，形成了新型鲫鱼和金鱼种质资源，并利用鲂鲌品系研制了杂交翘嘴鲂。与此同时，他们利用一步法育种技术研制的鳊鲴、鲴鲌、合方鲫等优良鱼类，也引起了广泛关注。

“它们不但具有外形整齐一致、生长快、抗逆性强等共性优点，而且在肉质、含肉率、食性等方面展现了各自特色。”在刘少军看来，自家的“崽”是无愧于“优良”这一评价的。

湘云鲫2号、杂交翘嘴鲂、鳊鲴杂交鱼、合方鲫，已经获得国家级水产新品种证书，并推广到大湖水殖股份有限公司（上市公司）等企业，通过“良种良养”进行产业化推广，受到广大养殖户和消费者的欢迎。2005年—2018年，大规模生产上述4个优良品种等82.3亿尾鱼苗；累计推广面积6780多万亩，形成间接经济效益357.6亿元，产生了很好的经济和社会效益。刘少军和团队的研究，终于在江湖上奏响了一曲动人的渔歌。

传承“鱼事业”

湖南是鱼米之乡。“米院士”袁隆平解决了人们的温饱问题，“鱼院士”刘筠则让老百姓餐桌上了多一条鱼。

这位“鱼院士”正是刘少军的父亲。1953年，刘筠院士一手创立了省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室的前身。20世纪60年代，他带领团队为解决草鱼为代表的四大家鱼的人工繁殖难关做出了重要贡献，为解决当时我国“吃鱼难”的问题做出了重要贡献。20世纪80年代，他在脊椎动物中首次建立了异源四倍体鱼品系并制备了优良的三倍体湘云鲫（鲤）。但异源四倍体鲫鲤存在繁殖率低、生长速度慢等不足之处，1999年，刘少军开始主持异源四倍体鲫鲤遗传改良研究。经过连续20年的研究，他提出了无须染色体加倍处理的雌核发育技术，建立了雌核发育二倍体鲫鲤克隆体系（G1-G10），并用其大规模研制了具有产精量多，产卵率高，生长速度快、抗逆性强等优点的改良四倍体鲫鲤品系，解决了大规模生产三倍体鱼需要大量四倍体鱼难题；另外还研制了改良二倍体红鲫；用改良四倍体鲫鲤与改良二倍体红鲫等交配大规模制备了具有生长速度快、肉质鲜嫩、抗逆性强、不育等优点的湘云鲫2号等改良三倍体鱼。

团队合影

从“吃鱼难”到“吃好鱼”，省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室凝聚了父子两代人的心血。“父亲对我影响很大，从小我就经常跟着他去池塘边观摩和学习养鱼的技术，基本上每天早上6点准时出发，而这个习惯我也一直保持至今。”刘少军说。至今，他每天都要在基地巡池两三次，数十年如一日，练就了一双“火眼金睛”，总是能一针见血地指出其中的问题。2008年冰灾，刘少军带着团队坚守在基地，每天带头破冰，给“鱼崽”们创造更好的生存条件，使很多鱼类杂交鱼品系等宝贵的鱼类资源材料得以保留下来。

身教重于言传。在刘少军的影响下，他的学生们都不会偷懒、不会耍小聪明，在科研中，粗活细活都是一把好手，既能下水打鱼、又能熟练掌握现代高科技生物学技术，成为“下得了池塘，出得了厅堂”的优秀学生。在继承与发扬中成长起来的刘少军，希望省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室将“渔夫精神”一直贯彻下去。

实验室走廊上醒目的16字室训，刘少军和团队对其内涵都达成了一致。育种研究属于实验科研，“脚踏实地”指的是必须要遵循其中的特点和规律，以海量实验作为研究基础，没有捷径可循；“探索创新”明确提出，要敢于向传统观念挑战，只有不断创新，才有可能取得突破性成绩；做科研要注重平时一点一滴的积累，艰苦努力需“持之以恒”；同样的，做研究要沉得住气、耐得住寂寞，保持不卑不亢的心态，终会迎来“水到渠成”的成功。

“我们立足于国家渔业整体发展及湖南渔业千亿产业发展的需求，结合湖南的资源优势，围绕鱼类远缘杂交等技术形成可育品系的遗传、繁殖机制关键科学问题设立鱼类生殖发育及遗传育种、鱼类重要生物学性状形成机制和鱼类健康养殖3个研究方向。”刘少军认为，实验室研究方向要明确，但学生们应该保持好奇心，去探索“未知领域”。“前不久，有一个美国做鱼类研究的教授主动联系我们，跑过来学了两天我们做鱼类染色体的技术。”刘少军为此感到十分自豪，这个技术就是刘少军带领学生经过多年的探索总结出来成熟可行的技术。

法国国立农业科学研究所专家一行来访留念

作为团队灵魂人物，刘少军极为注重学术交流，他不仅是Frontiers in Genetics、Marine Biotechnology编委，还作为发起人之一召集了“海峡两岸鱼类生理和养殖”学术会议（已办八届），并组织了“动物遗传育种及健康养殖学术研讨会”等多个全国性学术会议。他出版的《鱼类远缘杂交》被中国科学院院士桂建芳评价为“水产学研究领域不可多得的原创性著作”，印度科学院院士Pandian T.J还采用其论文结果作为自己专著的封面图。

不知不觉中，实验室逐渐形成一支系统开展鱼类杂交育种及健康养殖的高水平科研团队，“淡水鱼类远缘杂交关键技术及应用”成果被认为“居同类研究国际领先水平”；“淡水鱼类发育生物学创新研究团队”获“全国专业技术人才先进集体”等荣誉。多年来，刘少军以第一或通讯作者在PNAS等期刊发表SCI论文120篇，也使实验室成为国际上杂交鱼及杂交动物领域发表SCI文章最多的团队。

“为我国鱼类遗传育种和健康养殖提供系统的理论基础和技术支撑；研制一批优良鱼类品种，构建优质鱼类健康养殖模式；建成淡水鱼类发育生物学研究的重要平台，推动实现湖南千亿渔业产值目标，促进湖南乃至全国现代渔业的可持续发展。”省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室获批建设以来，这就是刘少军团队明确要追寻的目标。“归根结底还是，让人们吃好鱼，吃放心鱼。”刘少军再次强调。