第十二屆國際海洋生物技術大會反映的新進展

秦松，王寅初，張衛，陳松林，隋正紅，張博，包永波

( 1.中國科學院煙臺海岸帶研究所，山東 煙臺 264003；2.中國科學院海洋大科學研究中心，山東 青島 266071；3.澳大利亞弗林德斯大學，澳大利亞 阿德萊德 SA5042；4.中國水產科學研究院黃海水產研究所，山東 青島 266071；5.中國海洋大學海洋生命學院，山東 青島 266003；6.南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江），廣東 湛江 524025；7.浙江萬里學院 生物與環境學院，浙江 寧波 315100)

1 引言

第十二次國際海洋生物技術會議于2019年9月9-13日在日本靜岡召開，本次會議由國際海洋生物技術學會（International Marine Biotechnology Association, IMBA）和亞太海洋生物技術學會（Asia-Pacific Marine Biotechnology Society, APMBS）主辦，由日本海洋生物技術學會（Japanese Society for Marine Biotechnology, JSMB）承辦，并和第十二屆亞太海洋生物技術會議聯合舉辦。會議主題是“下一代的海洋生物技術”，來自27個國家和地區的500多名代表參加了本次盛會。本文在介紹本次會議反映的國際海洋生物技術新進展的基礎上，重點指出我國未來5～10年應該特別關注的發展方向及對策。

2 海洋生物技術的新焦點：“和諧海洋”數據組成及其來源

國際海洋生物技術學會致力于使世界各地的學生、科學家和技術人員、決策者和行業領導者、行業和政府受益并為其提供信息[1]。在1989年東京召開的第一屆國際海洋生物技術大會上，日本東京大學Miyachi教授和中國科學院海洋研究所曾呈奎教授等一起，提出了海洋生物技術的發展設想。30年以后，靜岡第十二屆會議把“和諧海洋”作為最重要的議題，第一個大會報告針對亞太地區和全球的海洋微塑料污染，提示我們理應從科技到產業，管理層面應承擔起更大的責任[1]。

目前，已有科學證實，塑料是海洋的主要和持久污染物之一，微塑料通過海洋食物鏈累積，會富集在包括人在內的動物體內[2]。目前，盡管沒有在人體血液中發現任何尺寸的微塑料，但其對海洋生態環境和生物健康的影響作為國際關注的海洋焦點議題，事關“人類命運共同體”和“一帶一路”建設。國際社會和我國都在制定嚴格的管理策略，一是推動使用泡沫塑料的替代產品，二是禁止丟棄漁網、漁具并開展收集。國際上已經有許多國家在個人護理用品中“禁塑”，我國也即將出臺有關政策。特別是，我國海洋科學界正在呼吁國際社會聯合起來，加強海洋微塑料對亞太區域海洋生態系統和生物多樣性影響的研究。

第二個大會報告聚焦海洋生物多樣性，介紹了美國蒙特雷灣水族館在海洋生物保護方面的很多好的做法。蒙特雷灣水族館位于美國加州蒙特雷半島，于1987年10月開館，是為了紀念偉大的海洋生物學家Ed Ricketts而建立的，水族館占地3萬多平方米，涵蓋6 500多個物種，30萬份各類海洋生物和海鳥標本，每年前來參觀的人數多達200萬人次。蒙特雷灣水族館與企業、政府、學術機構和非政府組織合作，為健康的海洋生態保護提供解決方案（包括免受近海開發和氣候變化的影響），同時保持繁榮的沿海經濟（如可持續漁業、水產養殖和旅游業）。蒙特雷灣水族館基于科學的可持續管理以及區域創新，創建解決方案以幫助實現聯合國全球可持續發展目標，和民眾及社會團體的密切合作，推動和促進海洋環境和生物多樣性保護，值得我們學習和借鑒。

3 促進海水養殖業可持續健康發展仍是首要服務目標

1989年第一屆國際海洋生物技術會議于日本東京召開，曾呈奎教授代表中國參加了本次會議，并在會議上介紹了中國海水養殖“藍色革命”的發展成就，指出“發展海洋生物技術的目的是促進海水養殖業的發展，而不是取代海水養殖產業”。30年過去了，會議專家認為，促進海水養殖業可持續健康發展，仍是國際海洋生物技術服務的首要目標[1]。

面對當前水產病害頻發的現狀，本次大會設立了“水產養殖病害與免疫”分會場，多名中、青年學者的報告致力于闡明和解決水產養殖病害，促進海水養殖業的健康發展。另一方面，避免種質退化、促進水產養殖動物生長和繁育是海水養殖業的主要課題，本次大會發揮海洋生物技術的學科專長，發展水產動物的生殖與發育調控技術。

3.1 水產養殖病害與免疫

第一個分會場就是“水產養殖病害與免疫”，報告者來自日本、韓國、泰國、美國和中國（包括臺灣省），特點是中、青年報告多，面向生產一線解決問題，特別強調學科融合。

我們和國際上的差別在于，我們是直接用水生經濟動物開展研究，而國外是先借助模式動物，例如先建立青鳉（Oryzias latipes）[3]和斑馬魚（Brachydanio rerio）[4]兩個模式系統，完善“模式動物+多組學+細胞培養+免疫機制+基因編輯”完整的技術平臺，然后深入聚焦病理過程的分子免疫機制，非常值得我們借鑒。在分子免疫方面，國外同行已經在一些海洋動物細胞中實現了原代培養，個別海洋動物細胞平臺已經能夠進行CRISPR-CAS9系統的基因編輯操作[5]。

3.2 生殖與發育調控技術

以色列本古立安大學Sagi團隊聚焦十足目甲殼動物的性別調控機制，該類群具有明顯的性別二態性，性控育種具有潛在的經濟價值。他們用了近10年的時間，找到了調控這個類群性別的關鍵分子開關，即 IAG（insulin-like androgenic hormone）[6]，通過 AG 細胞過表達和RNA干擾技術實現了對該甲殼動物類群性別的定向調控，誘導產生了偽雄魚（WW）和超雌魚（WW），并利用誘導性反轉并結合同型染色體交配，進一步構建了擁有WW和ZZ的染色體核型的全雌和全雄繁育系，并實現了育種的商業化運用。團隊于2013年創立了兩家生物技術育種公司，以30多年的研究積累為依托，成功實現了蝦類全雌養殖商業化苗種的繁育和生產，于2016年和2017年相繼推出了羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）和凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）全雌化養殖。其中，Enzootic公司也是全球第一個通過細胞移植和RNA干擾技術將甲殼動物性別控制育種技術商業化的公司。這種從基礎、應用到孵化一體化的產學研模式以及長期堅持不懈的研發精神特別值得我們學習、借鑒。

在性別標記研究方面，東京大學和上海海洋大學的研究人員分別在精原干細胞分子標記和魚類精漿外泌體小RNA標記物方面貢獻了研究亮點。精原干細胞標記的發現對于魚類細胞類型鑒定和生殖細胞發育的示蹤具有潛在應用價值；而精漿外泌體的發現在魚類中尚屬首次，利用內部包裹的小RNA作為性別指示的標記物，為多種水生種類的標記開發和應用提供了可參考的方法。

水生動物突變體的構建困難長久以來一直是基因功能驗證的制約因素。然而，在模式生物中，相關工作要容易得多。其中，有兩項研究因利用基因敲除的模式魚突變體而成為亮點。一項通過敲除促性腺激素釋放受體基因，證明了一種新的神經肽Vip（vasoactive intestinal peptide）的類激素作用[7]；另一項工作則是由美國馬里蘭大學杜少軍團隊利用斑馬魚突變系，研究了肌肉細胞融合過程中兩個基因JamB和JamC的重要作用，尤其是在初級纖維融合中的作用。另一項有意思的工作是在日本鯖（Scomber japonicas）這種經濟魚類中開展的。研究者發現并證明了AVTR-Vla2基因可能是影響該物種幼魚相互蠶食的一個重要基因，敲除該基因的突變體，其蠶食行為顯著減少，該研究結果對于人工養殖中減少幼體損失具有重要的意義。

3.3 水產養殖與可持續漁業

來自英國愛丁堡大學Roslin研究所育種專家的報告，指出了代孕技術和核移植技術在可持續漁業中的應用前景。

比目魚的體色及眼睛不對稱問題，一直是魚類發育的重要科學問題。上海海洋大學的鮑寶龍團隊闡明了以視黃酸為核心的代謝通路可能是決定比目魚眼睛移位和身體發育不對稱的原因。比目魚類左右兩側體色不對稱的產生、成體型色素細胞前體的成活、分化、遷移與增殖等都與視黃酸通路存在密切關系，即通過兩側體表視錐系統視蛋白感受兩側光線的不同，導致兩側體表視黃酸水平出現差異，進而決定了兩側成體色素細胞的命運。此外，他們通過轉錄組分析還找到了多個能夠指示牙鲆體色異常的SNP位點，對于淘汰異常親魚和優親篩選控制具有重要意義。日本大學的研究團隊運用全基因組關聯分析（GWAS），也在牙鲆（Paralichthys olivaceus）中找到了一個與眼睛異常定位有關的SNP位點，在單組100樣本的對照驗證中，具有較好的指示作用。總之，針對比目魚體色和眼睛發育異常的機制闡述，為牙鲆分子標記輔助育種奠定了基礎。

東京海洋科技大學的研究者利用dnd基因突變虹鱒（Oncorhynchus mykiss），在短期內產生了大鱗大馬哈魚（Oncorhynchus tshawytscha）的卵子和精子，證實了生殖系操作育種在鮭鱒魚類中的可行性。

3.4 組學研究添活力

本次會議組學分會場的口頭報告有來自我國和美國、日本、南非等國家的學者，解析了蟹類、貝類、魚類等水產動物的發育過程和脅迫響應機制，為海洋生物資源的保護與利用提供了理論基礎。來自美國馬里蘭大學的Chung團隊，采用基因組與轉錄組學技術，深入探究了青蟹（Callinectes sapidus）在激素控制下的變態過程[8]，包括脫毛、殼硬化以及能量代謝、繁育、性分化與環境生理學研究，已經完成的青蟹基因組N50達到了7.7 Mbp，12個Contig，并發現其基因組中含大量的簡單重復序列。南非開普敦大學的Carroll團隊分析了鮑魚（Haliotis midae）血淋巴在酸化情況下的蛋白組[9]，提出吞噬相關的功能可能是應急反應；篩選了 nexin、Fascin、MAPK1、CAMK1等生物標志物，為鮑魚脅迫響應提供了新的證據。來自中國海洋大學的王師等采用基因組數據為雙殼類進化過程中的難題“成體還是幼體在先（先有雞還是先有蛋）”提供了支持證據，他們發現了幼體起源的關鍵細胞信號交流基因。來自東京大學的Kijima團隊則選擇不同生存壽命的鯉魚科魚進行基因組分析，顯示了對某些基因（如NF-kB抑制子）的選擇傾向，而在生存周期較短的物種中存在遺傳突變和基因缺失，可激活細胞或導致DNA損傷。來自東京大學的Frith團隊對基因組分析過程中參數選擇對結果的影響進行了深入討論。本分會場有些墻報通過海洋生物基因組的解析，闡釋了海洋微生物與共生珊瑚、寄居海膽腸道的相互作用。本次會議還顯示，海洋環境宏基因組研究及組學技術可能是支撐“下一代海洋生物技術”發展的重要平臺。

4 從新生命類型到新天然產物的發現

人們一直認為，在實驗室條件下只能培養出不超過所有海洋微生物類群1%的類群[10]。但是，最近的發現表明，根據環境的不同，大約有13%～78%的海洋微生物的屬可被培養[11]。由于非人類環境中的許多微生物屬于新的門，因此，新的海洋微生物類群發掘和利用技術可能是“下一代”海洋生物技術[7]。

從新的海洋生物類型中發掘了一大批新型的代謝產物，展現出獨特的新穎結構和廣泛的生物活性，引起了科學界的普遍關注[12-13]。歐盟的2018年《藍色增長戰略》顯示，該方向符合“歐洲可持續生物經濟：加強經濟、社會與環境之間的聯系”的戰略。該戰略旨在建立一個更具創新性、資源節約型和競爭性的社會，在保護環境的同時，將藥物開發和糧食安全與可再生資源一并考慮，實現工業上的可持續生產和經濟上的可行性運營。

參會專家認為，海洋生物技術將應用海洋科學、工程、分子生物學和信息技術的先進知識和工具來理解海洋棲息地和代表海洋系統總體多樣性的生物，以獲得科學信息和新的技術產品應用[1]。

4.1 新生命類型的發現

本次會議上，來自瑞士和沙特阿拉伯的學者們使用微生物群落的新分析方法，成功實現了海綿微生物群落和紅海海水與沉積物中新型天然產物和新型酶的發現。瑞士蘇黎世聯邦理工學院的學者Piel等利用宏基因組和單細胞技術，從不可培養的海綿共生微生物中鑒定了新化合物結構，揭示了獨特的生物合成途徑。阿卜杜拉國王科技大學的Mineta團隊進行了紅海生物勘探工作，進行了時間序列比較基因組學研究，已從海水和沉積物中采集了900多個宏基因組樣本，推斷出群落和功能的多樣性以及時間序列，并通過基因組學技術鑒定了紅海環境中的新酶。

日本早稻田大學Nishikawa等實現了微流控液滴全基因組擴增技術，在珊瑚共生細菌單細胞基因組分析中的應用。日本早稻田大學另一團隊Ando等對微生物樣品進行了拉曼光譜無標記定量分子成像。借助這兩種新方法，大大提高了微生物群落分析的效率。澳大利亞和美國的聯合團隊Nguyen等發現，大西洋鮭魚（Salmo salarL.，1758）腸道微生物群與魚肉色素沉著相關。Yu等對日本刺參（Apostichopus japonicus）腸再生后腸道菌群變化的基線分析及腸道菌群培養，發展了腸道菌群的基因組學和亞基因組學整合的研究方法，提高了微生物群落鑒定的準確性。

4.2 新天然產物和生物制品

會議上，來自日本北海道大學的Sakai團隊報告了海水某海綿（Spongosoritessp.）的一種強力毒素Soritesidine，并推測該毒素的酶活性是其具有毒性的原因，并利用熒光標記技術證實了這種可能性。東京大學Matsunaga等和愛爾蘭Galway大學的Marchese等都研究了海綿等深海生物的活性天然產物。北海道大學Okino團隊對馬來西亞沙巴海洋藍藻（Moorea bouillonii）產的含鹵表面活性劑進行了研究。東京大學Nishikawa團隊介紹了海兔毒素及其新分離的類似物的合成方法和衍生物的生物活性。

美國馬里蘭大學Hill團隊通過使用質譜和高效液相色譜的化學分析，進行了海洋放線菌抗結核活性的生物勘探。美國學者俄勒岡州立大學Mahmud定位了海洋生物產生防曬活性物質的一些生物合成基因，試圖采用生物技術方法生產高附加值產品。

全球的龍蝦產業規模非常大，50%～70%的龍蝦生物質是廢棄物[14]，澳大利亞學者開發了成套的龍蝦廢棄物生物煉制全利用清潔生產技術，制備包括高附加值蛋白和多肽、富含Omega的油脂、高鈣生物材料、高品質幾丁質和殼聚糖高附加值生物制品。美國學者就利用幾丁質生物合成高硬度、輕質生物材料的海洋生物材料仿生生物合成技術方法[15]進行了介紹，是值得關注的下一代海洋生物技術的重點方向。日本學者發現了一些海洋弧菌具有高產氫的能力[16]，并對其機制進行了研究，為氫能源的開發利用提供了一種新的生物能源途徑。藻類凝集素[17]是一種具有獨特結構和生物學功能的多糖識別分子，具有一定的應用價值，這些方向均值得我們關注。

5 海洋環境保護持續得到重視

預計到2030年世界人口將超過85億，隨著人口的增長，對食品和藥品的其他新來源的需求不斷增長，但陸地生物資源以及陸地可用于種植和制造的面積卻在不斷減少。因此，公眾希望從海洋中獲得創新、高效、安全、可持續的解決方案，并在世界范圍內促進網絡和跨學科合作。聯合國提出的17個全球可持續發展目標中，第14項是關于海洋與海洋資源的保護與可持續利用，強調了基于海洋環境保護的“藍色生物經濟”的重要性。

海洋酸化已經是全球面臨的海洋環境問題之一，多國和全球性合作公關是本次大會反映的趨勢。例如英國、意大利和日本的聯合團隊Hall-Spencer等研究了海洋酸化帶來的影響，并對亞洲海洋環境的變化提出了預警。在二氧化碳滲入海床的地區進行的實驗表明，酸化對浮游生物、海藻、幼蟲沉降、生物礦化和魚類繁殖有深遠的影響[18]。同時，這項研究還揭示了推動沿海系統變化的生態臨界點。日本、新西蘭和英國的聯合團隊Harvey等研究了海洋酸化條件下成坪硅藻如何成為優勢類群及其在群落演替中的作用，提出人們必須加深對導致這些群落演替的反饋系統和相互作用的理解，因為它們可能會對生態系統管理構成重大挑戰。

如何創新性地利用海洋生物技術來表征全球變化的海洋生物效應，發展生物指示物，是本次會議反映的一個重要趨勢。日本筑波大學 Shiraiwa團隊利用烯烴指示物建立了海洋環境研究中可靠的生物分子溫度計，可以反演古海洋環境的變化。Shiraiwa認為定鞭藻akd1基因將有助于深入了解烯酮響應溫度發生脫飽和的機制。日本國立海事研究所的Kojima等使用長囊水云（Ectocarpus siliculosus）對防污涂料的防污效果進行實驗室生物測定，在這些結果的基礎上，結合貽貝和藤壺的試驗結果，提出了試驗方法標準。

澳大利亞昆士蘭大學學者Degnan等基于基因組和蛋白質組對大堡礁的棘冠海星（Acanthaster planci）生物防治進行了研究，從組學角度破譯了分泌的蛋白質，期望通過這些蛋白質誘導調控棘冠海星的行為。中國臺灣學者Wu等分析了作為檢測內分泌干擾物質唯一生物標記物的雄性羅非魚（Oreochromis niloticus）幼魚卵黃原蛋白表達，結果表明，vtg基因的mRNA可作為內分泌干擾物的監測指標，但同時也需要監測17β-雌二醇含量和雌激素受體水平。

會議認為，海洋生物過程和生態系統，從整個生物體到分子和遺傳水平，可以轉化為新的產品和方法，有利于廣泛的行業、海洋生物保護以及全球海洋的可持續化管理[1]。

6 “藍色生物經濟”的政策走向

國際海洋生物技術學會已在全球成功舉辦了 11次國際海洋生物技術會議，學會成員在許多國家制定海洋生物技術政策方面發揮了至關重要的作用[1]。

本次大會上，法國學者Bowler的Tara海洋研究計劃介紹了對海洋生態系統中不同物種進行大尺度DNA測序，研究其生物互作、生態生理并進行整合分析，從生理生化角度來理解海洋生態結構，整個研究調查全球尺度上的海洋微生物生態格局，視角獨特，具有極強的創新性，研究成果已發表在Nature雜志上[19]。日本學者Gojobori通過宏基因組方法比較分析了日本近海和紅海之間海洋微生物隨年份、季節變化的差異，從獨特的視角探索了不同海區微生物差異和海洋環境可持續的關聯。在漁業政策改革方面，Miyahara介紹日本從2018年開始對漁業政策和法規進行了兩個重要調整，一是建立主要水產物種的評估和恢復，確保漁業資源的可持續發展；二是加強國際漁業組織的合作和交流，推動水產人工繁育技術的發展。日本這一漁業政策改革對其他國家的漁業可持續發展也具有借鑒意義。如何揭示地球生命系統的演化歷史及其與環境的相互作用一直是進化生物學與地球科學所面臨的一個巨大的挑戰，日本學者Inagaki從深海底棲生物群落演化對海洋-地球-生命系統進化進行了闡釋。另外，Tsunoda等學者呼吁在聯合國框架下推動生物多樣性保護的國際大討論，有助于從各國政府和國際社會層面推動海洋生物多樣性保護。

正如聯合國教科文組織海洋10年高級別會議（2018年）[20]所概述的那樣，有必要鼓勵科學家和決策者之間的合作。此外，需要制定知識產權戰略并就其進行研究，并根據倫理建議進行研究，以便在公海和《關于獲得遺傳資源和公平公正分享其利用所產生惠益的名古屋議定書》[21]所涵蓋的國家管轄范圍以外的地區進行海洋生物資源的保護、開發和利用。

7 青年人才與海洋生物技術的未來

這次會議最大的特點之一是把青年科學家和企業家推向了大會交流的一線，這一趨勢體現了對未來人才培養和產業發展的高度重視。對于青年科學家，除了常規的大會發言、分組報告外，會議要求所有提供墻報的青年學者在全體會議上簡短介紹自己墻報的核心內容。對于企業家，會議在中餐和晚餐時間設立了產業相關的大會報告，請企業家代表介紹和交流自己公司的產業化經驗和創新產品。

根據本次會議反映的新進展，我國未來5～10年應特別關注以下幾個重點方向：

（1）以促進海水養殖業持續健康發展為海洋生物技術的首要服務目標，融會迅猛發展的多組學手段和基因編輯技術，在夯實實驗模型的基礎上，以生殖與發育調控為突破口，以水產養殖病害防治為重要服務目標，理論聯系實際，提升產業轉化的效率。

（2）著眼于海洋新生命類型的發掘，尤其是海洋微生物資源，開發出更多具有生物活性的新化合物和仿生生物材料并強化產業應用，同時注重海洋生物技術在海洋環境保護中的應用，逐步實現保護、開發和利用的一體化。

（3）增強“藍色生物經濟”的科學政策和公眾認知，充分借鑒發達國家的藍色經濟模式，促進政府、企業界和學術界一起推動我國海洋生物技術產業的升級和國際競爭力。

以上幾個方向全方位反映了海洋生物技術不僅在產業上更迫切需要技術的升級、不同行業領域的深度合作，而且對全球和區域范圍海洋環境保護和“和諧海洋”建設合作提出了新要求。特別是人才資源是第一資源，建議把青年人才特別是學術、產業融合人才的培養放到最重要的位置，及時布局孵化新興產業所需的人才儲備和技術制高點。