预计到2050年，全球人口将达到约100亿，对食物的需求将不断上升。海鲜和海洋蛋白质被认为比陆地来源具有更低的碳足迹和更高的营养价值，人类蛋白质消费中有17%来自海洋，包括野生捕捞和海水养殖。在不同的情境下，这一比例有潜力增加36-74%，通过改进渔业管理可以实现。

2019年，世界鱼类总产量为1.124亿吨，其中82%为野生海洋捕捞。然而，目前至少有三分之一的鱼类资源被认为是过度捕捞，导致资源枯竭。海洋生态系统还受到栖息地退化、污染、富营养化、氧气耗尽、物理干扰和气候变化等负面影响。从渔业管理的角度来看，科学到管理的路径非常关键，渔业评估应当建立在坚实的科学基础之上，并且这些科学知识和发现需要转化为有效的渔业管理政策和法规，以确保渔业的可持续性。当这些基于科学的政策得到及时和正确的实施时，它们能够帮助恢复和维持鱼类种群的健康状态。

然而，现实中常常存在管理单元，即渔业管理者划分的区域和种群，与生物单元即生物学上实际存在的种群和生态系统结构之间的不一致。这种不匹配可能会导致管理措施无法准确针对实际的生物种群，从而影响管理效果，阻碍了有效渔业管理措施的发展和执行。商业捕捞针对的海洋鱼类往往拥有庞大的种群数量。这样的大规模种群经历的遗传漂变相对较小，导致在同一物种内不同种群之间的遗传差异并不明显。由于这种低水平的遗传分化，仅使用少量的中性遗传标记很难准确地界定不同的种群，也难以有效管理海洋鱼类资源。

随着全基因组测序技术成本的降低，我们现在有机会对成百上千个样本进行全基因组范围的分析。这种全面的基因组分析可以帮助我们发现那些能够在遗传上区分不同种群的特定标记。相比于传统的标记，全基因组测序提供了更强大的工具，能够更精确地识别和区分不同的鱼类种群，从而为海洋鱼类资源的管理和保护提供更为有效的科学依据。美国德克萨斯A&M大学发表于《动物生物科学年度回顾》（Annual Review ofAnimal Biosciences）的研究，探讨了鱼类种群基因组学如何促进可持续渔业的发展，并提供了一个路线图。研究聚焦于利用基因组学技术来更好地理解和管理鱼类种群，从而为渔业的可持续发展提供科学依据和支持。

实施全基因组测序以支持种群评估和管理的路线图。这包括四个阶段：(a) 为目标物种建立高质量的基因组组装；(b) 从物种分布中收集基线样本（最好是来自繁殖期的鱼类），并通过全基因组测序识别信息性遗传标记；(c) 对种群结构进行遗传分析，识别用于种群分化的最具信息性的位点；建立合适的基因分型方法；以及 (d) 在种群评估和管理中实施遗传标记信息。缩写：SNP，单核苷酸多态性。图源：该研究，版权所有 © Leif Andersson1,2, Dorte Bekkevold3, Florian Berg4, Edward D.Farrell5, Sabine Felkel1, Mafalda S. Ferreira1, Angela P. Fuentes-Pardo1, JakeGoodall1, and Mats Pettersson1研究利用鱼类基因组学向研究人员揭示鱼类产卵条件和洄游行为等关键数据，使研究人员能够更好地区分不同种群，并更精确地定义它们的管理区域。通过大西洋鲱鱼、欧洲沙丁鱼、大西洋马鲛鱼、大西洋鳕鱼和欧洲鳗鱼等几个物种的案例研究，科学家们发现全基因组测序技术能够揭示与生态适应性相关的基因组区域的遗传分化。这意味着，鱼类种群在适应不同环境条件（如温度、盐度、氧气水平等）的过程中，其基因组的某些区域会发生遗传变化。这些变化可能与鱼类的生存、繁殖、迁徙和觅食行为有关。全基因组测序技术使得科学家能够更精确地识别这些遗传差异，为渔业管理和保护提供科学依据。

如何利用基因组学来改进渔业资源的管理和评估

首先，通过基因组学的方法，研究人员可以更准确地识别和定义不同的鱼类种群。这包括了解它们的遗传特征和差异。

一旦种群结构被定义，研究人员就可以决定如何收集和处理数据。这可能意味着将数据保持在种群层面，或者在某些情况下将它们聚合到更广泛的类别中，以便进行有效的渔业评估和管理。

在可持续渔业管理中，收集代表性样本是至关重要的一步。为了建立基线等位基因频率，研究人员必须从每个鱼类种群中获取样本，这些样本能够代表种群的遗传多样性。等位基因频率描述的是种群中某一特定基因变体的普遍程度，通过测量这些频率，科学家们可以评估种群的遗传多样性，并对未来的变化进行监控。这些基线数据为种群的遗传健康提供了一个参考点，有助于监测和管理渔业资源。

进一步地，为了将基因组学有效地应用于渔业管理，开发成本效益高的基因分型方法非常关键。基因分型涉及识别和分析个体基因组中的特定遗传标记，这对于理解种群结构和进行种群起源分配至关重要。单核苷酸多态性（SNP），即基因组中的单个核苷酸差异，是一类特别有用的遗传标记。通过筛选这些信息丰富的SNP，研究人员能够更精确地识别和区分不同的鱼类种群，这对于确保渔业评估和管理措施的精确性和有效性至关重要。这种方法不仅提高了管理措施的科学性，而且通过大规模基因分型，能够在不显著增加成本的情况下实现。

在渔业管理中实施种群基因组学的主要障碍

渔业种群评估和管理虽然是两个独立的过程，但管理措施的制定和实施却严重依赖于科学评估的结果。理想情况下，可持续的渔业管理应当建立在坚实的科学基础之上，然而现实中，社会经济和政治因素往往使得这一理想难以实现。特别是在东北大西洋区域，现有的鱼类种群管理区域由于各种原因变得难以调整，即便科学证据明确指出需要改变以更好地保护和管理种群。这种僵化的管理区域划分，限制了科学评估结果在实际管理中的应用，从而影响了渔业的可持续发展。

此外，种群评估的过程也面临挑战。它依赖于长期收集的渔业数据，这些数据对于建立预测可持续捕捞限额的模型至关重要。但是，这些数据的收集往往没有充分考虑不同种群在预定义区域内的混合情况，而是依赖于一些简化的假设，这导致了种群识别和管理的复杂性。因此，要充分发挥种群基因组学在推动可持续海洋渔业中的作用，就必须克服这些挑战，包括改进数据收集方法、更新管理区域的划分，并在管理决策中更好地整合科学、社会经济等因素。

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编译 | Sara
审核 | Daisy
排版 | 绿叶

参考资料略

来源: 海洋与湿地