1條“小魚(yú)”，咋就成了研究產(chǎn)出全球第1！

斑馬魚(yú)，因全身布滿(mǎn)多條深藍色條紋似斑馬而得名。這種不起眼的生物，卻是撬動(dòng)許多學(xué)科發(fā)展的基礎——其基因和人類(lèi)基因相似度達87％，因此被應用在生命科學(xué)、健康科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的研究中，與線(xiàn)蟲(chóng)、果蠅、小鼠一樣，是常用的模式生物。

從2013年開(kāi)始，在中國科學(xué)院院士朱作言、孟安明的號召下，國內30多家實(shí)驗室先后加入“斑馬魚(yú)1號染色體全基因敲除聯(lián)盟”（ZAKOC）。

經(jīng)過(guò)6年協(xié)作攻關(guān)，科學(xué)家針對斑馬魚(yú)1號染色體上的1333個(gè)基因進(jìn)行系統性基因敲除，成功敲除了其中1029個(gè)基因，實(shí)現了中國斑馬魚(yú)資源庫“從0到1”的突破，也為相關(guān)學(xué)科開(kāi)展研究奠定了基礎。

在國家“十三五”科技創(chuàng )新成就展上，由中科院水生生物研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)水生所）牽頭完成的這一成果——“建成自主知識產(chǎn)權的大規模斑馬魚(yú)定向突變體庫”入選基礎研究展區，出現在生物科技相關(guān)成果的第一展板上。

做基礎研究的基礎

與小白鼠相比，斑馬魚(yú)繁殖力強、發(fā)育迅速、胚胎透明、體外受精、體外發(fā)育等生物學(xué)特征，更加便于科學(xué)研究。

但在2012年前，國內對斑馬魚(yú)的研究卻非?！靶”姟?，只有少數實(shí)驗室在開(kāi)展相關(guān)研究。

而在同一時(shí)期，美國、歐洲都建成了斑馬魚(yú)資源中心，澳大利亞等地區也建有斑馬魚(yú)庫。

此前，歐美國家發(fā)起過(guò)幾次“從表型到基因型”的正向遺傳學(xué)突變體庫構建和篩選計劃，但這些突變體全部保藏在國外，中國科研人員很難獲取，加之知識產(chǎn)權等原因，轉化研究更加受限。

“沒(méi)有斑馬魚(yú)研究作為基礎，許多學(xué)科基礎研究很難開(kāi)展?！彼芯繂T孫永華介紹，開(kāi)展斑馬魚(yú)研究是許多“基礎研究工作的基礎”。

因此，建立自己的斑馬魚(yú)資源庫和自主知識產(chǎn)權的斑馬魚(yú)突變體庫尤為迫切。

國家層面也意識到斑馬魚(yú)研究的重要性，2012年10月，國家斑馬魚(yú)資源中心在水生所成立，主要任務(wù)就是為國內收集、創(chuàng )制、整理、保藏和分享斑馬魚(yú)研究資源。

然而設立中心只是第一步，如何大規模創(chuàng )制和收集斑馬魚(yú)品系資源才是迫切需要解決的問(wèn)題。

幾個(gè)月后，新一代基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9系統問(wèn)世，讓中國斑馬魚(yú)研究人員看到了曙光。

“那時(shí)，‘基因剪刀技術(shù)’剛被證實(shí)有效，大家敏銳地意識到這個(gè)技術(shù)能夠非常高效地定制我們所需要的斑馬魚(yú)品系?！睂O永華回憶道。

2013年2月，CRISPR/Cas9技術(shù)被成功應用于斑馬魚(yú)。在朱作言、孟安明的召集下，水生所、清華大學(xué)、中科院動(dòng)物研究所、北京大學(xué)等24家機構的30多名學(xué)者迅速集結，組成了ZAKOC，開(kāi)啟了“從基因型到表型”的斑馬魚(yú)大規模反向遺傳學(xué)篩選研究。

打造斑馬魚(yú)研究“國家隊”

“當時(shí)大家已經(jīng)意識到，斑馬魚(yú)是一種很重要的實(shí)驗材料。只有中國積累起足夠的實(shí)力，才能去談國際合作問(wèn)題。只跟在別人后面做，必定要受制于人。”北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授張博是該聯(lián)盟的發(fā)起人之一。

她表示，盡管有很多不確定性，但意識到其中的戰略意義，國內斑馬魚(yú)學(xué)界的力量很快以水生所為中心集結起來(lái)。

“大家一致認為要從斑馬魚(yú)的1號染色體開(kāi)始敲?！睂O永華表示，斑馬魚(yú)有25條染色體，其中1號染色體有1300多條基因，基因數量是25條染色體的平均數，作為樣本非常合適。

雖然大家的熱情高漲，但現實(shí)“捉襟見(jiàn)肘”。

一方面，作為重要的模式動(dòng)物，斑馬魚(yú)的基因敲除技術(shù)在當時(shí)仍不成熟，極大限制了其基因功能研究。

“最大的挑戰在于沒(méi)有前人做過(guò)，這是‘基因剪刀技術(shù)’出現后，首次在脊椎動(dòng)物身上大規模應用，誰(shuí)也不知道會(huì )發(fā)生什么，只能見(jiàn)招拆招?！彼呒壒こ處熍唆敎?014年加入項目，在她看來(lái)，正是大家毫無(wú)保留的互相幫助，才能“逢山開(kāi)路，遇水架橋”。

據介紹，先后有30多家實(shí)驗室參與項目，實(shí)驗室間的完成度也難免會(huì )有差異?！坝龅嚼щy，大家首先想的總是怎么配合解決問(wèn)題?！睂O永華表示，經(jīng)常是某一家遇到瓶頸“敲不動(dòng)”了，其他實(shí)驗室就主動(dòng)領(lǐng)回來(lái)接著(zhù)“敲”。

每隔一段時(shí)間，所有參與計劃的科研人員還會(huì )相互邀約，舉行項目協(xié)調會(huì )，了解彼此進(jìn)展，及時(shí)調整研究方案和策略。

“具有協(xié)作精神是這支隊伍最大的特點(diǎn)。院士作為領(lǐng)銜科學(xué)家把控方向，各實(shí)驗室開(kāi)展工作就能勁往一處使。”孫永華說(shuō)。

另一方面，作為一個(gè)自發(fā)的科研聯(lián)合攻關(guān)團隊，這項工作并沒(méi)有專(zhuān)項經(jīng)費支持。魚(yú)要吃飯，人要吃飯，實(shí)驗室也要運轉，都是最現實(shí)的問(wèn)題。

絕大部分時(shí)間里，能采取的方法只有一種：省吃?xún)€用，自籌經(jīng)費。

“支撐大家堅持下去的，是作為中國科學(xué)家的責任感?！睆埐┨寡?，僅她所在的實(shí)驗室，前后就有二三十人參與到這項工作中。

大部分人都是幕后英雄，尤其是研究生們。

“通過(guò)參與這項研究，更多的青年科研人員掌握了最前沿的技術(shù)，成為我們的生力軍?！?/span>

回顧這幾年的工作，孫永華表示，科學(xué)探索本就充滿(mǎn)不確定性，但通過(guò)這項研究計劃，凝聚、鍛煉了一支科研隊伍，“這是我們最大的收獲”。

發(fā)揮好建制化優(yōu)勢

經(jīng)過(guò)6年多的研究、前后四五百人的付出，中國科學(xué)家利用CRISPR/Cas9技術(shù)，針對斑馬魚(yú)1號染色體上的1333個(gè)基因進(jìn)行系統性基因敲除，成功敲除了其中1029個(gè)基因，獲得針對636個(gè)基因的1039個(gè)可傳代的突變型，首次實(shí)現了脊椎動(dòng)物整條染色體的系統性基因敲除。

所有突變品系和遺傳信息全部通過(guò)國家水生生物種質(zhì)資源庫——國家斑馬魚(yú)資源中心對學(xué)術(shù)界公開(kāi)。

不僅引領(lǐng)了國際斑馬魚(yú)表型組研究，而且建成了我國首個(gè)大規模斑馬魚(yú)定向突變體庫。

中國的國家斑馬魚(yú)資源中心也成為公認的國際三大斑馬魚(yú)資源庫之一。

張博表示，回顧過(guò)去幾年的付出，一切都是值得的。伴隨著(zhù)這一計劃，中國的斑馬魚(yú)學(xué)界不但完成了“從0到1”的突破，更搭建起一個(gè)平臺，吸引眾多海外青年學(xué)者回國建設實(shí)驗室。

據統計，2020年，我國的斑馬魚(yú)研究產(chǎn)出的全球占比已超過(guò)29%，成為全球產(chǎn)出體量第一的國家。

“協(xié)作是項目成功的重要原因，幾十家實(shí)驗室共同協(xié)作完成這樣一項工作，在國內外都是不多見(jiàn)的?！?/span>

對于潘魯湲和她的同事們來(lái)說(shuō)，最直觀(guān)的工作體驗是從北京到廣州、從上海到成都，把分散在全國的斑馬魚(yú)品系收集起來(lái)，然后整理歸類(lèi)。

而作為牽頭單位，水生所也通過(guò)這一計劃，建立起了斑馬魚(yú)品系保藏體系，并整合出一套工作流程。

“斑馬魚(yú)1號染色體敲除計劃是一個(gè)開(kāi)始，幫我們理清了收集、驗證、保藏等流程，為后續開(kāi)展更大規模的斑馬魚(yú)反向遺傳學(xué)篩選計劃奠定基礎?！睂O永華說(shuō)。

“這項自發(fā)性協(xié)作研究，以斑馬魚(yú)1號染色體全基因敲除計劃為源頭，團結和凝聚了中國以斑馬魚(yú)作為模式動(dòng)物開(kāi)展研究的群體，進(jìn)一步促進(jìn)了以斑馬魚(yú)為對象在發(fā)育、代謝、毒理等方面的基礎研究，以及其在生物技術(shù)創(chuàng )新、****物研發(fā)、水產(chǎn)育種、水環(huán)境效應評價(jià)等領(lǐng)域的應用研究；以該團隊為核心，承擔了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃中‘斑馬魚(yú)發(fā)育與代謝突變體庫的系統創(chuàng )制’項目，并在相關(guān)產(chǎn)業(yè)應用中展現出良好的潛質(zhì)?！彼L(cháng)殷戰表示。

正如中國的斑馬魚(yú)領(lǐng)域的科研工作一樣，如今中國的科研逐漸由并跑邁向領(lǐng)跑階段，更需要能動(dòng)性地發(fā)揮出建制化、大團隊協(xié)同作戰優(yōu)勢，聚焦基礎領(lǐng)域，開(kāi)展全鏈條、跨部門(mén)協(xié)同攻關(guān)，為實(shí)現高水平科技自立自強提供有力保障。

《中國科學(xué)報》 (2021-12-24 第1版 要聞 原標題為《從“1”開(kāi)始 實(shí)現“0”的突破》)

編輯 | 趙路
排版 | 郭剛