海藻种质库研究成果–海带基础和应用研究

海藻种质库研究团队长期致力于海带基础繁育生物学和产业化应用研究,取得系列重要成果,包括:(1)优化了海带夏苗工艺,应用于龙头企业大规模育苗生产,降低了海带种苗培育成本[1];(2)国际上首次揭示了海带精子寿命,证实了传统海带夏苗工艺存在精子污染、品种混杂的现象[2,3];(3)利用分子标记微卫星技术,对中国海带进行了溯源研究,佐证了我国海带来源于日本北海道的观点[4];(4)突破了杂交海带不育技术瓶颈,实现了杂交海带性成熟人工诱导并得到大规模产业化应用[5];(5)研发了海带单倍体克隆杂交工艺,成功培育了杂交海带205和杂交海带E25。

海带是世界养殖规模最大、历史最长、产量最高、影响最为深远的大型经济海藻。近年来,海带品种混杂、优良品种退化制约着海带养殖业的发展,品种改良和新品种培育成为海带研究的重点。团队取得的上述研究成果为海带良种产业化的发展奠定了基础。

 

 

Reproduction biology and farming research of Saccharina japonica

 

The research team of the Marine Algal Culture Collection Centre (www.caslivealgae.com) has focused on reproduction biology and commercial cultivation of the brown seaweed Sacharina japonica for a long time. A series of important progresses have been made including: (1) optimization of the kelp “summer-sporeling”technique[1]; (2) successful determination of the life-span of spermatozoid of S. japonica and confirmation of the presence of sperm-contamination in the seedling production during hatchery[2, 3]; (3) confirmation of the fact that S. japonica was originally from Hokkaido Japan by use of SSR techniques[4];(4) technical breakthrough of sorus induction in the hybrid cultivar of S. japonica[5]; (5) development of intraspecific crossing technique using unialgal gametophyte clones and successful breeding of two hybrid cultivars 205 and E25.

S. japonica is the most important farmed seaweed in the world in terms of farming history, cultivation scale, production yield and social impact. The achievements the team made have paved a way of future development of this kelp.

 

 

[1] Su L, Pang SJ, Shan TF, Li X. 2017. Large-scale hatchery of the kelp Saccharina japonica: a case study experience at Lvshun in northern China. Journal of Applied Phycology 29: 3003-3013.

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10811-017-1154-y#citeas

[2] Li J, Pang S, Liu F, Shan T, Gao S. 2013. Spermatozoid life-span of two brown seaweeds, Saccharina japonica and Undaria pinnatifida, as measured by fertilization efficiency. Chinese Journal of Oceanology and Limnology 31: 774-781.

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00343-013-2207-y

[3] Li J, Pang S, Shan T, Gao S. 2016. Investigation of Variety Contamination in Seedling Production Process of the Brown Seaweed Saccharina japonica Using Parthenogenesis Test. Journal of Agricultural Science and Technology 18(4): 163-167. (in Chinese with English abstract).

http://kns.cnki.net/KXReader/Detail?TIMESTAMP=637194230770796250&DBCODE=CJFQ&TABLEName=CJFDLAST2016&FileName=NKDB201604024&RESULT=1&SIGN=NsN4DQW5kqbZb89eoSNZq2jYDdo%3d

[4] Shan T, Yotsukura N, Pang S. 2017. Novel implications on the genetic structure of representative populations of Saccharina japonica (Phaeophyceae) in the Northwest Pacific as revealed by highly polymorphic microsatellite markers. Journal of Applied Phycology 29: 631-638.

https://link.springer.com/article/10.1007/s10811-016-0888-2

[5] Su L, Shan TF, Li J, Pang SJ, Leng XF, Zhang Y, Gao HT. 2020. Aquaculture of the hybrid cultivars of Saccharina japonica: Removing the obstacle of sori production by photoperiodic control. Aquaculture 519.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0044848619328261?via%3Dihub

 

海藻种质库研究成果—裙带菜基础和应用研究

海藻种质库研究团队长期致力于裙带菜基础和应用研究,取得系列重要进展,包括:(1)培育了我国目前仅有的两个裙带菜国家新品种“海宝1、2号”;(2)利用SNP标记技术构建了首张高密度遗传连锁图谱[1];(3)完成了全长转录组测序,结合二代测序技术分析了孢子叶发育过程中基因表达规律[2];(4)完成了入侵德国北部的裙带菜群体的溯源[3];(5)利用PacBio三代测序平台和Hi-C技术,在国际上首次完成了全基因组在染色体水平组装和注释[4];(6)国际上首次发现雌雄同体配子体的存在[5];(7)成功建立了单性游孢子杂交技术[6]

裙带菜原产于西北太平洋沿海,是中日韩三国重要经济褐藻。近年来,裙带菜作为一种重要的入侵性海藻引起西方学者的广泛关注。上述研究成果为裙带菜遗传育种和入侵机制的研究奠定了基础。

 

Reproduction biology and farming research of Undaria pinnatifida

 

The research team of the Marine Algal Culture Collection Centre has devoted long-term efforts to fundamental and applied research of Undaria pinnatifida. The team has made a series of important progresses in the last decade, including: (1) has bred the only two elite national varieties “Haibao No 1 and 2” certificated by the Ministry of Agriculture; (2) has constructed the first high-density genetic linkage map based on SNP markers[1]; (3) has sequenced the full-length transcriptome and analyzing the transcriptomic changes during the development of the sporophyll[2];(4) has tracked the source of the newly invaded populations in the north sea of Germany[3]; (5)has obtained for the first time the whole genome sequence and finished the chromosome-level assembly and annotation[4];(6) has observed and reported the zoospore-derived hermaphroditic gametophyte for the first time[5]; (7) has established male and female zoospore hybrid breeding technology[6].

As an important economic kelp species native to the Northwest Pacific, U.pinnatifida has been farmed for a long history in China, Japan and Korea. It has drawn increasing concern due to its worldwide spread as an alien species in recent years. The above-mentioned achievements have laid foundations for future investigations on the genetic breeding and the invasion mechanisms of this important seaweed.

[1] Shan T, Pang S, Li J, Li X, Su L. 2015. Construction of a high-density genetic map and mapping of a sex-linked locus for the brown alga Undaria pinnatifida (Phaeophyceae) based on large scale marker development by specific length amplified fragment (SLAF) sequencing. Bmc Genomics 16.

https://bmcgenomics.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/s12864-015-2184-y

[2] Shan T, Li Q, Wang X, Pang S. 2020a. Full-length transcriptome sequencing and comparative transcriptomic analysis of different developmental stages of the sporophyll in Undaria pinnatifida (Laminariales: Alariaceae). Journal of Applied Phycology: 1-12.

https://link.springer.xilesou.top/article/10.1007/s10811-020-02080-w

[3] Shan T, Pang S, Wang X, Li J, Su L, Schiller J, Lackschewitz D, Hall-Spencer JM, Bischof K. 2019. Genetic analysis of a recently established Undaria pinnatifida (Laminariales: Alariaceae) population in the northern Wadden Sea reveals close proximity between drifting thalli and the attached population. European Journal of Phycology 54: 154-161.

https://www.tandfonline.xilesou.top/doi/abs/10.1080/09670262.2018.1532116

[4] Shan T, Yuan J, Su L, Li J, Leng X, Zhang Y, Gao H, Pang S. 2020b. First Genome of the Brown Alga Undaria pinnatifida: Chromosome-Level Assembly Using PacBio and Hi-C Technologies. Frontiers in Genetics 11: 140.

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2020.00140/full

[5] Li J, Pang S, Shan T, Liu F, Gao S. 2014. Zoospore-derived monoecious gametophytes in Undaria pinnatifida (Phaeophyceae). Chinese Journal of Oceanology and Limnology 32: 365-371.

https://link.springer.xilesou.top/article/10.1007/s00343-014-3139-x

[6] Li J, Pang S, Shan T. 2017. Existence of an intact male life cycle offers a novel way in pure-line crossbreeding in the brown alga Undaria pinnatifida. Journal of Applied Phycology 29: 993-999.

https://link.springer.xilesou.top/article/10.1007/s10811-016-1005-2

 

 

海藻种质库团队揭示了海带苗绿烂病初期藻体菌群结构的变化2020-03-03

近日,海藻种质库团队成员利用扩增子测序的方法,分析了海带苗绿烂病初期,藻体健康部位与病烂部位附生菌群的情况,发现菌群结构及多样性均发生了显著变化。其中,四类菌属Granulosicoccus, Litorimonas, Tenacibaculum, 和 Blastopirellula在海带苗病害部位相对丰度较高,推测可能是导致绿烂病的条件致病菌。相关成果发表在杂志Journal of applied phycology上。

海带室内全人工种苗培育过程中,每年都会有不同程度、规模的病害发生。其中,苗期绿烂病危害最为严重,因其具有发病时间短、蔓延快以及短时间可造成大批幼苗死亡的特点,给育苗企业造成巨大经济损失,也严重威胁着下游海带养殖生产任务的完成。分析海带绿烂病爆发初期藻体附生菌群的变化情况,对于揭示致病菌,进而开展病害防治工作具有重要意义。

 

论文引用:

Li, J., Pang, S., Shan, T. et al. Changes of microbial community structures associated with seedlings of Saccharina japonica at early stage of outbreak of green rotten disease. J Appl Phycol (2020). https://xs.scihub.ltd/https://doi.org/10.1007/s10811-019-01975-7

 

论文链接:

https://link.springer.xilesou.top/article/10.1007/s10811-019-01975-7

海藻种质库团队完成首个翅藻科海藻裙带菜全基因组测序2020-03-01

日前,海藻种质库团队成员利用最新的PacBio三代测序平台和Hi-C技术完成了对裙带菜单倍配子体染色体水平的全基因组测序、拼接、组装以及注释工作。揭示裙带菜基因组为511Mb,contig N50为1.7Mb。利用Hi-C辅助拼接后,共有502.8Mb的基因组序列组装到染色体水平,Scaffold N50长度达到16.5Mb。相关工作发表在Frontiers in Genetics杂志上。

裙带菜为重要的经济褐藻,原产于西北太平洋地区,全球年产量可达200万吨,在东亚地区作为食用海藻已有50多年的历史,因含有丰富的多糖,也是制药及化妆品行业的重要原料。裙带菜因具有较强的环境适应性和繁殖能力,如今已在全球范围内广泛分布,被列为欧洲海域最具入侵性的十大物种之一。另外,裙带菜雌雄同体配子体及其自交孢子体的发现,说明这一物种的性别决定及生活史过程更为复杂和多样化。裙带菜基因组数据的缺乏,严重阻碍了其基础生命学现象的深入探究及分子育种技术的顺利发展。

裙带菜基因组的成功破译,对于今后开展基因育种、阐明裙带菜性别决定及入侵机制,以及海带目海藻物种间的比较基因组学研究具有重要的意义。

 

论文引用:

Shan T, Yuan J, Su L, Li J, Leng X, Zhang Y, Gao H and Pang S (2020) First Genome of the Brown Alga Undaria pinnatifida: Chromosome-Level Assembly Using PacBio and Hi-C Technologies. Front. Genet. 11:140. doi: 10.3389/fgene.2020.00140

论文链接:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2020.00140/full?&utm_source=Email_to_authors_&utm_medium=Email&utm_content=T1_11.5e1_author&utm_campaign=Email_publication&field=&journalName=Frontiers_in_Genetics&id=518402

杂交海带育性研究获得历史突破 2020-02-11

海带是1927年从日本引种到中国,属于外来物种。目前,我国海带生长过程,存在着种苗生产企业使用少量亲本培育大量种苗的生产方式,这导致不同品种的栽培种群遗传多样性越来越低,后代优良栽培农学性状逐渐丢失,主要表现在:(1)海带成体藻胶含量显著下降、含水量上升;(2)淡干海带发黄分层;(3)海带假根退化导致脱菜及产量下降;(4)海带基部形成气泡,严重影响产品质量;(5)海带孢子囊形成时间越来越早,导致加工品品质逐年下降。

杂交海带因其品质优良、遗传多样性高、抗逆能力强、生长时期不形成孢子囊以及色泽优良而深受我国北方海带产区的欢迎。但是杂交海带适时不育的难题长期困扰着我们。海带是我国最重要经济海藻,幼苗年产量超过300亿株。在几十年种海带人工蓄养过程中,每年都会观察到少数无法形成孢子囊的海带个体,但是这一现象却从未引起藻类育种及研究者的关注。

中国科学院遗传生物资源海藻种质库团队(www.caslivealgae.com)通过地理隔离种群单倍体克隆杂交技术,培育出了多个性状优良的杂交海带品系,团队成员利用杂交海带E25,B013等多个品系,采用实验生物学技术和方法,成功突破了这一技术瓶颈,在杂交海带中适时成功的诱导形成了孢子囊。近日,Aquaculture 杂志在线刊发了海藻种质库团队有关杂交海带育性研究的最新成果,包括:(1)较高的温度条件下,杂交海带经短日处理,能在25天内形成孢子囊(2)采用多态性微卫星引物分析杂交海带及常规栽培海带群体的遗传结构,发现两种海带群体具有明显差别(3)杂交海带响应短日处理形成孢子囊的特征,具有个体差异性及遗传性(4)短日处理诱导海带孢子囊形成的方法,适用于所有的海带品系。

该项技术突破成功解决了杂交海带的育性难题,将加速优质高产抗逆杂交海带的产业化利用进程,提升我国海带良种产业化进程。

基于不同品系遗传距离的NJ分子系统进化树
基于不同品系遗传距离的NJ分子系统进化树

 

不同海带品系的群体遗传结构图
不同海带品系的群体遗传结构图

论文引用:

Li Su,Tifeng Shan, Jing Li, Shaojun Pang, Xiaofei Leng, Yan Zhang, Hongtao Gao. Aquaculture of the hybrid cultivars of Saccharina japonica : Removing the obstacle of sori production by photoperiodic control. doi.org/10.1016/j.aquaculture.2019.734917.

 

论文链接:

https://sciencedirect.xilesou.top/science/article/abs/pii/S0044848619328261

海藻种质库团队在漂浮铜藻研究领域取得新进展 (2019-07-18)

近日,应用藻类学杂志(Journal of Applied Phycology)在线刊发了中国科学院海洋研究所海藻种质库团队关于漂浮铜藻的最新研究成果。该研究利用多态性微卫星(SSR)标记方法,针对大连海域的漂浮和定生铜藻开展了微卫星开发及遗传分析工作,揭示了不同年份定生及漂浮铜藻之间的遗传关系,研究结果对于探究漂浮铜藻来源具有重要意义。

江苏海域紫菜筏架上漂浮铜藻图片
江苏海域紫菜筏架上漂浮铜藻图片

铜藻(Sargassum horneri)是北太平洋西部特有的暖温带海藻,在我国主要分布在浙江省的中街山列岛、嵊泗群岛及南麂岛,其生活史的绝大部分时间都定生于海底岩礁上。近年来,我国定生铜藻种群严重退化,漂浮铜藻愈演愈烈。2016年底,黄、东海海域漂浮铜藻大范围暴发,交缠在江苏沿岸的紫菜筏架上,给紫菜养殖业带来了严重的经济损失,引起了社会的广泛关注。

不同铜藻种群遗传关系分析
不同铜藻种群遗传关系分析

本研究新开发了10对高多态性三核苷酸微卫星(SSR)引物,并利用这些引物对2016年及2018年大连海域的漂浮及定生铜藻群体进行了遗传分析。结果显示,定生种群(DS16、DS18)及漂浮种群(DL16、DL18、BL18)间具有明显的遗传差异,且不同年份(SD16、DL16及DL18、BL18)的漂浮种群之间具有明显的遗传差异。定生种群与漂浮种群之间未发现明显的遗传关联性。另外,漂浮种群的个体基因类型高度重复,揭示了其主要繁殖方式可能为无性繁殖。接下来,我们将持续关注新的定生种群的遗传结构动态,进一步探究漂浮种群的繁殖方式,为揭示漂浮铜藻来源及生态演化提供依据。

 

论文引用:

Wang XM, Shan TF, Pang SJ, Su L (2019) Assessment of the genetic relationship between the recently established benthic population and the adjacent floating populations of Sargassum horneri (Phaeophyceae) in Dalian of China by newly developed trinucleotide microsatellite markers. J Appl Phycol. DOI: 10.1007/s10811-019-01853-2.

论文链接:

https://doi.org/10.1007/s10811-019-01853-2

海洋科学暑期夏令营学生参观海藻种质库(2019-07-16)

7月16日上午,中国科学院海洋研究所举办的2019年海洋科学暑期夏令营的160余名学生参观了海藻种质库,海藻种质库负责人逄少军研究员,单体锋副研究员以及李静工程师向同学们介绍了海藻种质库的具体情况。

逄少军研究员给学生们讲解
逄少军研究员给学生们讲解
单体锋副研究员给学生们讲解
单体锋副研究员给学生们讲解
李静工程师给学生们讲解
李静工程师给学生们讲解

主要讲解内容包括:海藻种质库的功能、保藏的活体种质材料、实验室主要研究内容及重要成果等。同学们对自动水循环培养系统里养殖的褐藻、红藻及绿藻等大型海藻表现出了浓厚的兴趣,并不时提出问题与讲解老师现场进行交流。

国家产业技术体系甘薯、小麦、谷子高粱、大豆首席到访

国家产业技术体系甘薯、小麦、谷子高粱、大豆首席到访中国科学院海洋研究所,参观藻类体系首席逄少军老师、贝类体系首席张国范老师的实验室和养殖设施,并与海水鱼类体系首席关长涛老师交流。

合影
合影
参观
参观

陆地作物体系专家对水产专家为改善人民食物结构所做的突出贡献表示钦佩,并期待有更多体系间交流活动。