中國水產門戶網(wǎng)報道在國家自然科學基金的持續(xù)支持下，湖南師范大學生命科學學院選育的異源四倍體雜交鯽鯉群體已繁衍至第23代，“已具備形成一個新物種的必要條件”。這項前后跨越30余年，堪稱“長跑”級的研究凝聚了中國工程院院士劉筠、湖南魚類遺傳育種中心主任劉少軍兩代科學家領銜的魚類發(fā)育生物學研究團隊的心血。
　　
　　突破“育性”瓶頸
　　
　　“雜交”早已不是什么新鮮的名詞，植物中的雜交水稻，動物中的騾子、獅虎獸等等……絕大多數(shù)雜交生物都有一個共同點：難以繁殖后代。要將跨越了物種界限的遠緣雜交推向品系建立并應用于生產，首先必須挑戰(zhàn)“育性”這道“瓶頸”。
　　
　　1558 年，科學家用鯉魚與金魚雜交得到世界上第一個有記錄的遠緣繁衍形成雜種。400多年來，雖有上千種魚類做過雜交試驗，卻一直沒有獲得可育且體能穩(wěn)定遺傳的四倍體魚群體，遠緣雜交一代能否繁衍到二代以至于最終形成雜交品系一直是個謎。
　　
　　“在動物遠緣雜交研究中，親本的選擇非常重要。”劉少軍告訴記者，雜交親本的選擇必須綜合考慮親本的染色體數(shù)、生殖、外形、食性、生長速度、抗逆性等因素的相互關系，這意味著遠緣雜交品系的建立將是一項長期的系統(tǒng)工程。
　　
　　上世紀80年代開始，劉筠作出了一個重要選擇：將雌性鯽魚和雄性鯉魚作為親本進行遠緣雜交，成功得到F1（雜交子一代）和F2， 并突破性地在F3中獲得兩性可育的異源四倍體鯽鯉（其體細胞染色體數(shù)目為200），這在中國水產科學界是一個里程碑式的成果。其成功的秘密之一在于：鯉魚和鯽魚這兩種同科不同屬的二倍體魚類，其體細胞染色體數(shù)正好都是100。
　　
　　“我們出去作學術報告，人家都不相信二倍體雄性雜交魚可育。”回憶當時的情景，劉少軍歷歷在目，“我們在實驗室研究時發(fā)現(xiàn)，可育的二倍體雄性和雌性雜交魚數(shù)量少，尤其是二倍體雄性雜交魚只能產生水樣精液，沒有白色精液，但在電子顯微鏡下觀察水樣精液，可以發(fā)現(xiàn)一些精子，用許多二倍體雄性雜交個體的水樣精液與二倍體雌性雜交魚卵子受精，才可以培育出雜交后代。”
　　
　　1989年以后，劉少軍率課題組對魚類遠緣雜交的普遍規(guī)律開展了系統(tǒng)研究，除繼續(xù)建立四倍體鯽鯉品系并對之進行系統(tǒng)研究之外，還建立了鯽魚與團頭魴、團頭魴與翹嘴鲌等多個遠緣雜交魚品系，同時研制出具有創(chuàng)新意義的新型四倍體和三倍體魚。
　　
　　堅守“繪就”23代譜系
　　
　　在遠緣雜交中，基因組可從一個物種轉移到另一個物種，從而使雜交后代發(fā)生變異。“如果這種變異是可遺傳的，則有可能形成新品系乃至新物種。”劉少軍說。
　　
　　然而，為建立遠緣雜交魚品系，往往需要進行長達數(shù)年甚至數(shù)十年的實驗，這極大考驗著研究人員的毅力。
　　
　　在鯽、鯉魚的雜交后代中，第一代和第二代都是二倍體，每代至少需2年才能性成熟，草、魴雜交魚每代的性成熟時間更是長達4年之久。不僅如此，魚類雜交二倍體后代中可育的雌性和雄性個體數(shù)目非常少，人工繁衍的難度很大。
　　
　　2008年冬，長沙經歷了50年來最大的冰災，育種基地的池塘水面被厚厚的冰層封死，池塘中的實驗魚面臨極大威脅。為保護好珍貴的育種親本，在既沒電又缺工具的情況下，劉少軍帶領課題組成員頂著冰凍，連續(xù)數(shù)天手持鐵棍敲破冰面，絕大部分珍貴的實驗魚生命才得以保存。
　　
　　“實驗室只有幾條魚，池塘里的魚卻多達幾千尾、幾萬尾。只有通過對池塘中大量群體魚的反復選育實踐和驗證，才能發(fā)現(xiàn)和探索出遠緣雜交魚的重要生物學特性。”劉少軍說，“長期野外工作是魚類遺傳育種研究的重要方式，也是對水產工作者的挑戰(zhàn)。”
　　
　　更難的堅守在于解決疑難的科學問題。
　　
　　在育種實踐中，劉少軍觀察到一個有趣的現(xiàn)象：雌性鯽鯉雜交二代魚排出的成熟卵子有大有小，有的直徑約2毫米，有的卻只有1.3毫米，且呈現(xiàn)出明顯的比例。這一特殊的差別引起了他的注意。
　　
　　后續(xù)實驗研究表明，大魚卵是不減數(shù)的二倍體卵子，這與一些生殖細胞的染色體數(shù)目加倍有關；同樣實驗證明，雄性鯽鯉雜交二代魚也可以產生不減數(shù)的二倍體精子，正是這些不減數(shù)的二倍體卵子和二倍體精子受精，造就了鯽鯉雜交三代中的四倍體鯽鯉。
　　
　　這一發(fā)現(xiàn)揭示了形成雜交四倍體鯽鯉的關鍵，為遠緣雜交魚品系中多倍體魚的形成奠定了重要的理論基礎。現(xiàn)在，在湖南師范大學的一方實驗池塘里，四倍體鯽鯉群體已繁衍至第23代。從第3代到第23代，其四倍體性能代代相傳，呈現(xiàn)出穩(wěn)定的遺傳特征。
　　
　　“異源四倍體鯽鯉已具備形成一個新物種的必要條件。”2010年，劉少軍在《中國科學》上撰文提出了這一論斷。這種染色體數(shù)目為200、人工兩性可育的新物種群體，不僅在魚類中是首例，很可能在脊椎動物中也是第一例。
　　
　　“四倍體化”揭示魚類進化奧秘
　　
　　研究伊始，有一個問題一直困惑著劉少軍，陸地動物的種類較少，但魚的種類卻多達28000多種，超過了其他所有脊椎動物種類的總和。為什么魚有這么多種？
　　
　　劉少軍推測，這可能和魚類之間的遠緣雜交有關。課題組查閱了超過300 種魚類，發(fā)現(xiàn)其染色體數(shù)目均為偶數(shù)，且不同種類之間存在倍數(shù)或接近倍數(shù)的關系，這意味著“在魚類進化過程中很可能發(fā)生過‘四倍體化事件’”。
　　
　　有很多實驗說明魚類進化中經歷了四倍體化過程，如認為鯉魚是一種古老的四倍體魚，但是目前缺乏證據(jù)來證明它們的原始親本是何種魚類。
　　
　　“我們做出來了染色體數(shù)為200的四倍體鯽鯉，很清楚地知道它的父、母親分別是鯉魚和紅鯽；還有染色體數(shù)是148的四倍體鯽魴，其父親是鳊魚，母親是紅鯽。”劉少軍認為，這些四倍體魚品系的建立為證明脊椎動物進化史上可能的“四倍體化事件”提供了重要證據(jù)。
　　
　　得益于科學基金的持續(xù)資助，劉少軍領銜的團隊目前已在個體、細胞和分子水平對魚類遠緣雜交和多倍體魚等方面取得一系列創(chuàng)新性成果。而他撰寫的學術專著《魚類遠緣雜交》不久后也將出版。