华中农业大学找到了控制鱼刺的基因，能大量减少鱼刺并保持肉质，这背后有哪些科学原理？你愿意尝试吗？

大v

近日，华中农业大学水产学院高泽霞教授团队找到了控制鱼刺的基因，吃鱼不挑刺将成为现实。
并且经过测定，虽然鱼刺变化了，可鱼肉中的氨基酸、脂肪酸含量和普通有刺鱼没有显著差异，肉质不变。

原文地址：https://www.zhihu.com/question/507977981

感恩由您

鱼：草尼玛
现成的无骨鱼：巴沙鱼。原来是产自东南亚湄公河流域的一种鱼类 也属于鲶鱼的一种，但它却不是在污水中吃泔水大便长大，这种鱼仿佛為贡献给人类的蛋白质而生，它生长周期短，养殖密度高，耐缺氧，关键是这种鱼无鳞无肌间刺，出肉率极高，切下来就是两大块鱼排，越南养殖产量高，原出口欧美，后来转出口中国，随着中国餐饮外卖业兴起，川菜加入外卖大军，而传统酸菜鱼，水煮鱼采用国产河鱼刺多，一旦老人孩子被刺卡喉，后续赔偿是个大麻烦，刚好这种外来鱼符合了快餐需要，量大价廉，无鳞无刺，口感也不差，越南出口方把鱼去头去骨切成鱼排，直接就可以拿来用了。甚至有商家拿巴沙鱼排冒充贵价的海产龙利鱼排来卖，因它们切成鱼排后外表还真不好分辨。但价格便宜，肉身较厚的一定不是龙利鱼柳。产自越南湄公河流域的巴沙鱼，卖相不错，很快在中国热卖，随便在淘宝上搜索，不少商家售卖越南进口冷冻巴沙鱼。

队长是我

一条Runx2b敲除鱼，全网媒体尬吹。看实验数据，鱼骨都变形了，不知道能不能顺畅游起来，还想大口吃肉？不要听信新闻报道，还是要查一手资料。
另外，这个无鱼刺基因是骨发育基因Runx2b。Runx2的骨发育研究9000篇，科研上没有太多新颖性。高泽霞老师其他基础科研工作比这个更香。
无刺鱼的食用价值我也保留意见，敲除Runx2后，这鱼可能游不动，长不肥，活不久，不一定有食用价值。
新闻报道这么不靠谱，我们只能查一手资料去判断新闻可靠性。
讲讲怎么查一手资料：
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早上收到 @王豆皮 豆皮大佬邀请，让我看下这新闻：

高泽霞组敲除某个基因，得到了没有鱼刺的鱼，有很强的食用价值。

我也很感兴趣无刺鱼究竟敲掉哪个基因。因为之前日本有个组用CRISPR/Cas敲了真鲷（音：真吊）的肌肉抑制基因Myostatin，得到肉量增加20%的真鲷，算是业内比较有名的基因编辑应用案例。

这次国内也做了基因编辑鱼，还是无刺鱼，感觉很好玩，一有空我就查了高泽霞老师的文章。
第一步、Pubmed搜高泽霞的文章：


高泽霞老师确实非常踏实，从2015年到2021年，做了非常多鱼刺（肌间刺）的基础研究，包括转录组、小RNA组、蛋白组[1][2][3][4][5][6][7]。
但很不幸，没查到无刺鱼的应用文章，全是基础研究。
这些基础工作给高泽霞组提供了非常多鱼类肌间刺发育的基因表达变化数据，比如鱼刺发育过程中小RNA变化、mRNA变化、BMP这个基因家族的变化、蛋白组的变化、LncRNA-miRNA-mRNA三者的调控变化。
基础工作积累这么多，确实有机会找到鱼刺发育基因。
根据新闻报道：

高泽霞组2019年就找到了能参与70%鱼刺发育的基因，敲除这个基因后，70%的鱼刺没了；2021年又找到参与100%鱼刺发育的基因，敲除后，斑马鱼完全没鱼刺。

可能出于专利保密考虑，数据没公开发表成文章。
那怎么查到高泽霞组的无刺鱼究竟敲了哪个基因呢？
文章查不到，还有专利呀。
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第二步、搜高泽霞老师的专利，成功：


搜索高泽霞老师的专利，就能查到这个2021年的专利CN112226465[8]，通过CRISPR/Cas9敲除斑马鱼的某个基因，从而得到没有鱼刺的斑马鱼。
无刺鱼长成下面这样：


我们可以看红圈标注的部分，正常鱼除了那条主心骨一样的鱼骨外，尾巴和背上都会有鱼刺。敲除基因的斑马鱼完全没有鱼刺。
然而，有没有觉得这条鱼的主心骨看起来特别怪异？感觉整个骨发育都糊成一团，不知道影不影响斑马鱼游动。
敲除后 不产鱼刺的基因是谁？专利中没具体披露。
但注意专利这个序列：TCAGCGGAGCTCAGGAATGCCTCAGGGGTTATGAAGAACCAGGTGGC。
敲掉的是这个DNA序列，我们可以查它属于哪个基因。
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第三步、Blast 搜索无鱼刺鱼敲除的基因是Runx2b。
随后，在NCBI上Blast搜索这段序列。选择基因组数据库Refseq Genome，对应基因组选择斑马鱼，点击Blast，激动人心的解密时刻就到了。


是谁呢？
是谁呢？
只有一条匹配序列，NC_007131.7！


激动地把序列下载到本地！


打开Snapgene！终于要看到无刺鱼真面目啦！！！


哦，是Runx2，洗洗睡了。

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第四步、为什么Runx2挺没意思的呢？
Runx2是骨发育的主效基因之一，虽然我博士不做骨发育，但这个基因已经有名到非专业人员都能听到它，Pubmed一查就是9000多篇研究，非常热门。
我们先看下Runx2敲除的小鼠长什么样:


这里的neo/neo指的是Runx2-I完全敲除的小鼠，你可以看到手的骨头没怎么钙化，头骨没怎么钙化，基本上这鼠就是个软脚虾，很快就死了，它肯定长不肥[9]。
同理，敲除Runx2b的鱼 骨头看起来也不太正常，不知道这鱼能活多久，也不知道能不能长大长肥，可能食用价值会打折扣。
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总结：
高泽霞老师组是个很严谨的基础研究组，但媒体特别喜欢造个大新闻。
想知道真相？
只能查一手资料，公众号和新闻不一定靠谱。
无奈摊手……

清风寡欲

其实学界对于鱼刺形成相关机制的研究，已经有很长时间了。
从食用角度，我们最讨厌的那种鱼肉中的小刺，其实学名叫做肌间刺（IB：intermuscular bones）。所以严格来讲，肌间刺不能算真正的鱼骨头，而只是鱼肌肉间结缔组织骨化后的一种展现形式。


背后的科学原理嘛，其实原文也解释的很清楚了。大概就是，先通过肌间刺的RNA表达谱，筛选出了50个候选基因（大概率是通过基因差异表达，就是这些基因比起其它的组织，在肌间刺组织中呈现特异性高表达），然后呢，在通过基因敲除的方式，在模式生物斑马鱼上一个一个尝试（就是纯体力活），最后发现了控制肌间刺发育的主效基因，然后在通过杂交培育筛选的方式，获得稳定的无刺鱼后代。这里稍微，解释一下什么叫主效基因，就是控制生物学表型背后的机理往往都非常复杂，并不是一个或者某几个基因起作用的。但相对而言，有些基因可能在某个表型的呈现上，起到的作用相对大一些，就被称为主效基因。比如报道中也说了，高教授团队2018年的时候就发现了一个基因，敲除后可以减少70%左右的肌间刺，但是尾部的刺还是存在，所以其实一定程度上，在发现这次报道的基因前，之前那个基因也可以算是主效基因。




但其实与肌间刺生成相关的基因，以前就已经报道了过很多，比如scxa, msxC[1]，包括除了基因本身以外，像长链非编码RNA，小RNA参与其调控的机制也有被发现过[2]，另外不同鱼游泳的方式和生态因素，也对IB的发育有影响[1]。所以这次发现的主效基因，在其它鱼类上是否能起到同样重要的作用，也不一定。
最后在食用方面，我个人还是持保留态度吧。一是，单从报道上的肉质没有改变，目前还并不知道是通过什么方式评估的。二来，生物自然的一些属性，绝大多数是“存在即合理”的，所谓牵一发而动全身，通过人为方式干预的结果，或多或少肯定会影响一些其它方面的表型。
目前已知的肌间刺对鱼的功能就包括，在游动中支持侧面的肌肉，通过增强肌节（sarcomeres）的连接，促进肌肉强度的提升。比如在肉食性鱼类中，就需要更多数量的肌间刺，从而保证它们在捕食情况下肌肉的稳定性和强度[3]。另外，之前也提到过，肌间刺一定程度上属于骨化的结缔组织，所以可能在功能上也有跟结缔组织相似的地方，比如包括增强机体刚度、调控不同肌肉部分的力量传递，以及能量的储存与释放[4]。 所以，鲤鱼之所以能跳龙门，可能没有肌间刺都跳不成。所以我觉得，即便是产业化，规模应该也不会很大，针对小孩老人这种特殊群体可能比较合适。挑刺本身可能并不是一个很大的刚需吧，反正我个人对于无刺鱼还是没有什么兴趣的。

感恩由您

哈哈，华农大二水产在读，刚好相关。这位老师我认识诶！原以为她是行政的，没想到研究也这么6！
原理不太懂，不过愿意尝试无刺鱼！
微博底下有个评论亮了：能不能让小龙虾别长头   
哈哈哈哈哈笑死

继续前进

确实是挺好玩的研究。
高泽霞团队发现了导致鳊鱼肌间刺出现的关键基因，把相关基因敲除，就可以获得几乎不含肌间刺的鳊鱼。
但需要注意以下几点：
1. 不是「无刺鱼」，是「几乎没有肌间刺的鱼」。

肌间刺（Intermuscular bone）指的是鱼肌肉间的小刺，有的还会有分叉，这是我们在吃鱼过程中最讨厌的东西，又小又硬，难清理干净，还容易卡喉咙。如下图所示：


不是所有的鱼都有肌间刺的。我们平时吃的鲤科大部分鱼类（鲤鱼，鲫鱼，草鱼等）都有肌间刺，而真鲈科的鲈鱼，鲿科的黄颡鱼就几乎没有肌间刺。一般认为真骨鱼的进化史中，肌间刺朝着由少，变多，再变少的方向发展。所以平时吃的没有肌间刺的鱼，是相对更高等的鱼类（捂脸）
但是既然低等真骨鱼类进化出了肌间刺这种东西，那应该还是有用武之地的。目前有假设认为肌间刺可以帮助那些肉质比较疏松的鱼类，起到支撑肌肉的作用。
如果确实如此，那这个研究里面的鱼，因为「敲掉基因」而缺少肌间刺，会不会有一定生存上的问题？它们还适合大规模养殖吗？这些还暂时不知道，需要继续研究。
2. 敲掉特定基因，算「转基因」吗？

世界卫生组织是这样定义转基因生物的：

转基因生物可被定义为遗传物质通过非自然交配和/或非自然重组的方式发生改变的生物体（即植物、动物或微生物）。

根据世卫组织的定义，任何涉及基因改造的食物都被算作「转基因食品（Genetically modified food）」，无论是转入外源基因，还是敲掉特定基因。所以，这种「敲掉肌间刺基因的鱼」也应算作一种转基因生物（食品）。
国内对于这种「未转入外源基因，只是敲掉特定基因」的食品，还处于法规空白状态。如果最终被定性成转基因食品，那就需要等待漫长的审批过程，还要进行一系列毒理、致敏测试，最终才能上市。目前我国还没有转基因动物上市的先例。
说人话：即使大规模养殖没问题，我们可能也没法非常快地吃到。
有一种规避的方法：找到缺乏肌间刺的基因突变野生种，通过杂交选育的方式获得缺乏肌间刺的品系。这样就肯定不算转基因了。不过这得靠运气。
3. 这种「改造特定基因」的食物案例还有哪些？

通过改造特定基因，来改变食物性状的研究还挺常见的。
比如，把苹果中的负责编码多酚氧化酶的基因敲除，获得「不会氧化变色的苹果」。这种苹果已经在美国上市，商品名为 “Arctic Apple”。



左边普通苹果，右边 Arctic Apple

豆浆中的豆腥味来源于大豆脂肪的酶促氧化反应，因此也有把大豆中负责脂肪氧化酶基因进行改造，获得「没有豆腥味的大豆」的研究：


以后这类研究肯定也会越来越多。我觉得，给食物进行基因改造，使之更加好吃，保存更长久，是大势所趋。