《Aquaculture》：Genome editing in aquaculture: From bench to commercial deployment in farmed fish
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基因组编辑技术通过精准改造鱼类的生长、抗病等关键性状，推动水产养殖革新。目前CRISPR/Cas9系统因高效性和低成本成为主流工具，已成功应用于红 seabream、olive flounder等40余种水产物种，日本和南美率先实现部分基因编辑鱼类商业化。然而仍面临监管标准不统一、公众认知偏差、编辑精度不足等挑战。未来需加强多组学技术整合与福利评估体系，以突破实验室到市场的转化瓶颈。
Kang Hee Kho | Zahid Parvez Sukhan
韩国全南国立大学渔业科学系，丽水市
摘要
基因组编辑已成为水产养殖领域的变革性技术，它能够精确修改调控生长、繁殖、疾病抵抗力、环境耐受性等对水产养殖生产至关重要的遗传序列。在现有的工具中，CRISPR/Cas9系统最为多功能且应用最广泛，推动了基础研究和应用鱼类育种的进展。尽管实验室技术发展迅速，但只有少数经过基因组编辑的鱼类（如红鲷鱼、虎河豚、橄榄比目鱼和尼罗罗非鱼）获得了监管批准并实现了早期商业化，这凸显了实验成功与大规模应用之间的显著差距。本文通过系统梳理科学数据库和监管文件，总结了四十多种水产养殖物种中的基因组编辑应用情况以及首批商业化的基因组编辑产品。同时，通过比较最早获得监管批准和进入市场的基因组编辑鱼类的经验，探讨了科学进展与商业化之间的联系，为进一步推广提供了借鉴。本文综述了方法学进展、特定性状的案例研究以及当前限制应用的知识空白，包括性状的可行性、孵化场可扩展性、监管差异和福利考量。此外，还分析了关键挑战，如脱靶效应、嵌合现象、可扩展的传递系统、监管不确定性以及公众认知。编辑精度的提高、多组学方法的整合以及新型监测技术的发展为克服这些限制提供了潜力。基因组编辑在水产养殖领域正处于从实验室创新向实际应用的转折点，有望重塑育种策略、增强可持续性并促进全球粮食安全。
引言
水产养殖对全球经济至关重要，为人们提供了可靠的微量营养素来源和高质量动物蛋白（Golden等人，2021年）。联合国粮农组织（FAO）的最新预测表明，为了弥补捕捞渔业产量下降和蛋白质需求增加的问题，水产养殖需要进一步扩张，但生产增长速度和生物改良程度仍不足以满足预期需求（FAO，2024年）。因此，包括基因组编辑在内的先进生物技术成为加速遗传改良和提高产品质量的核心手段，前提是能够获得消费者信任并符合监管要求。
基因组编辑能够精确引入模拟自然突变的各种遗传变化，从而在不引入意外或脱靶改变的情况下培育出理想性状。这种精确性是通过使用定向核酸酶（SDN）实现的，这些酶能够准确识别并切割目标DNA序列，形成双链断裂（DSB），随后由生物体内的DNA修复机制进行修复（Doudna和Charpentier，2014年）。近年来，基因组编辑在基础研究、性状改良以及水产养殖物种的应用育种项目中得到了广泛应用（Dong等人，2013年；Kishimoto等人，2018年；Ohga等人，2023年；Sukhan等人，2024年）。基因组编辑使用了多种定向核酸酶，包括锌指核酸酶（ZFN）、转录激活因子样效应核酸酶（TALEN）和CRISPR/Cas9系统（Jinek等人，2012年；Gaj等人，2013年；Hsu等人，2014年）。虽然ZFN和TALEN在早期基因组编辑实验中被使用，但由于CRISPR/Cas9的简单性、可扩展性和高效性，它迅速成为最主流的基因组编辑工具，并在水产养殖中得到广泛应用。
近年来，首批经过基因组编辑的鱼类已进入商业市场，预计未来将有更多物种加入。这一现象引发了学术界、监管机构和公众关于如何对这些生物进行监管的讨论（Whelan等人，2020年；Shigi和Seo，2023年）。不同国家之间的监管框架差异进一步复杂化了这一讨论。日本通过通知和透明度制度监管定向核酸酶（SDN-1）基因组编辑产品，而欧盟（EU）则依据转基因生物（GMO）法规进行监管（Eckerstorfer等人，2019年；Matsuo和Tachikawa，2022年）。另一个挑战是监管机构和公众常常将基因组编辑生物与转基因生物混为一谈，尽管两者之间存在关键差异。基因组编辑与传统基因修饰技术有两个关键区别：首先，基因组编辑技术（尤其是CRISPR/Cas9）比传统转基因方法具有更高的精确度和可预测性（Doudna和Charpentier，2014年；Hsu等人，2014年）；其次，基因组编辑可以在不引入外源DNA的情况下实现靶向修饰，例如在日本获准销售的CRISPR编辑红鲷鱼（Pagrus major）、虎河豚（Takifugu rubripes）和橄榄比目鱼（Paralichthys olivaceus）（Dionglay，2022年；Matsuo和Tachikawa，2022年）。然而，许多与转基因生物相关的伦理、监管和社会问题也适用于基因组编辑生物（Blix等人，2021年）。基因组编辑正从实验室研究向实际应用过渡，基因组编辑产品已进入商业水产市场（如日本的尼罗罗非鱼，以及阿根廷和巴西的尼罗罗非鱼Oreochromis niloticus），因此现在是重新评估相关问题的时候了。
尽管取得了这些进展，但仍存在重大知识空白。虽然基因组编辑在水产养殖领域的科学进展迅速，但商业化进程缓慢，主要受到性状可行性、多代表现、孵化场可扩展性、监管差异和公众接受度等限制的影响。这些限制此前尚未得到系统性的综合分析。
为填补这一空白，本文综合了基因组编辑在水产养殖中的从实验室到商业化的整个过程，评估了最接近商业化的鱼类物种的CRISPR基因组编辑进展，梳理了新兴的监管和市场路径，并概述了影响规模化的技术、监管、伦理和职业方面的制约因素。文章结构如下：（1）编辑工具和传递方法；（2）具有商业价值的性状案例研究；（3）商业化障碍和治理考量；（4）验证和产业转化框架。
本文基于2010年至2025年期间对Web of Science、Scopus、PubMed、Google Scholar和监管文件的系统搜索，使用关键词“鱼类物种名称”与“基因组编辑”、“CRISPR”、“SDN”、“生长”、“不育”、“疾病抵抗力”、“商业化”、“监管”等术语进行检索。纳入的研究包括涉及水生物种基因组编辑的内容、报告监管或商业里程碑的研究，或提供相关治理或伦理分析的研究。同行评审出版物的数据在可能的情况下与监管文件和官方报告进行了交叉核对。
鱼类物种中基因组编辑技术的进展
过去十年中，基因组编辑技术快速发展，改变了水产养殖的功能基因组学和育种策略。由于鱼类在生态和经济上的重要性，它们成为测试和优化这些技术的关键模型。早期研究依赖于传统的诱变和选择性育种，而可编程核酸酶的出现使得与生长、繁殖、疾病抵抗力相关的基因能够被精确修改。
基因组编辑在水产养殖中的当前应用
无论是由自然选择还是人为干预驱动的育种过程，理想性状都会通过选择压力在世代间累积（达尔文，1859年）。在自然系统中，这一过程通常涉及多基因适应，许多基因各自贡献小幅度的影响，共同塑造适应性。相比之下，现代水产养殖中常用的人工定向育种结合了传统选择和基因组选择等先进工具。
推进水产养殖中基因组编辑的挑战
尽管概念验证研究和早期SDN-1应用取得了快速进展，但从实验鱼类到广泛采用的商业品种的转化路径仍不确定且比想象中更为复杂（表9）。要从研究新成果迈向实际应用，基因组编辑不仅需要克服科学和监管障碍，还需要解决孵化场规模扩展、育种流程、福利验证和市场定位等方面的瓶颈。
推进基因组编辑鱼类向实际应用发展的前景
基因组编辑鱼类时代已不再是假设。第一代基因组编辑鱼类已经走出实验室，进入商业养殖领域，表明基因组编辑正成为一种现实的育种选择，而不再只是遥不可及的愿景。自首次应用于水产养殖研究以来，技术在多个物种中取得了显著进展，并完成了概念验证研究。CRISPR/Cas系统的进步及其
实际应用中的基因组编辑鱼类
近年来，基因组编辑已从概念验证研究发展到可控的实际应用，重点关注高生产价值的性状，如更快生长、更高的鱼片产量和安全的生物控制。日本在基因组编辑食品动物的市场准入方面处于领先地位，其中一个重要因素是其在没有外源DNA的情况下采用基于产品的监管制度，特别是SDN-1路径下的监管方式，这有助于早期商业化。
基于自然变异的目标发现和等位基因设计
基因组编辑作为一种强大的方法，能够将性状修改与自然发生的遗传变异相匹配，而不仅仅是依赖完全敲除基因的策略，从而减少不必要的权衡并提高整体生物稳定性。与植物和牲畜育种中的进展类似，编辑模仿适应性自然变异的等位基因越来越被证明可以降低适应性成本、多效性干扰和背景依赖的权衡。
结论
基因组编辑正从实验验证阶段向实际应用阶段过渡，显示出其在提高生长性能、减少免疫抑制（IBs）、调节色素沉着、实现不育、增强疾病抵抗力以及提高环境耐受性方面的潜力。CRISPR平台的持续发展，包括优化的核酸酶系统和下一代工具（如碱基编辑和Prime编辑），使得性状修改更加精确。
CRediT作者贡献声明
Kang Hee Kho：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、资源协调、项目管理、方法学设计、调查、资金获取、数据管理、概念构思。Zahid Parvez Sukhan：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、调查、数据管理、概念构思、验证。
资助
本研究得到了韩国全南国立大学大学-产业联络项目的支持 [2025–0931-01]。
未引用的参考文献
Callura和Peterson，2026年
Chen等人，2023年
欧盟食品安全局（EFSA）转基因生物（GMO）小组，2013年
欧盟食品安全局（EFSA）转基因生物（GMO）小组等，2025年
Gakken公司，2024年
Hallerman等人，2022年
Hallerman等人，2023年
Hindar等人，2025年
Jiang等人，无日期
Lee，2023年
Lu等人，2021年
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本手稿的研究内容。
