胡璇子　李　晨

豬遺傳改良迎來"黃金期"

胡璇子李晨

根據(jù)國家種豬改良的需求,通過豬種資源的收集比較、多組學(xué)比較發(fā)育分析、產(chǎn)肉性狀基因挖掘,找到關(guān)鍵基因和因子.發(fā)展豬分子輔助育種體系,開展豬基因工程技術(shù),進行分子標記開發(fā),改良產(chǎn)肉形狀,培育優(yōu)良種豬。

中國養(yǎng)豬的歷史可以追溯到新石器時代早、中期,隋唐時期養(yǎng)豬已成為農(nóng)民增加收益的一種重要手段,豬肉一直以來是中國人尤為喜愛的食物。

中國是世界上最大的豬肉生產(chǎn)和消費國,中國的豬肉消費量約占世界豬肉消費量的一半。隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和生活水平的不斷改善,我國對豬肉產(chǎn)量的需求仍在增長,同時,對豬肉品質(zhì)的要求不斷提高,因而在科學(xué)研究上,豬的遺傳改良擁有很大的發(fā)展空間。

近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所研究員李奎走進中國農(nóng)科院農(nóng)科講壇,分享了其團隊在豬肉產(chǎn)量與品質(zhì)的遺傳改良研究方面的進展。

1　中外豬種間產(chǎn)肉性狀相異互補

肉夠不夠吃?肉好不好吃?這或許是不少中國人說起豬肉時,最為關(guān)心的兩個話題。對于以豬為研究對象的科研人員來說,這同樣是他們最為關(guān)注的核心--產(chǎn)肉性狀。

"產(chǎn)肉性狀是豬最為重要的性狀,實際上就是產(chǎn)肉量和肉品質(zhì)。"李奎說。

具體來說,產(chǎn)肉性狀有許多具體的性狀指標,比如產(chǎn)肉量包括日增重、料重比、酮體重、屠宰率、背膘厚、瘦肉率、眼肌面積等;肉品質(zhì)包括肉色、大理石紋、pH值、失水率、系水力、肌內(nèi)脂肪等。

那么,豬的產(chǎn)肉性狀又是由什么決定的呢?

李奎介紹,豬的產(chǎn)肉量多少取決于兩個關(guān)鍵因素:肌纖維數(shù)量和單個肌纖維的橫截面積。其中,肌纖維數(shù)量在豬出生之前基本恒定,"也就是說,產(chǎn)肉的潛能在出生前就已經(jīng)固定了,出生后環(huán)境對潛能影響不大"。

豬肉風(fēng)味好壞的關(guān)鍵則在肌內(nèi)脂肪的含量。"我們通常吃到的肥肉是皮下脂肪,肌間脂肪指的是肌肉纖維之間的脂肪,富含肌間脂肪的肉會呈現(xiàn)大理石紋。"李奎補充道,"肌內(nèi)脂肪則是我們比較感興趣的好的脂肪,存在于肌外膜、肌束膜,甚至肌內(nèi)膜上。"

在產(chǎn)肉性狀上,中外豬種存在很大差異但又有互補性。以美國漢普夏豬、杜洛克豬、巴克夏豬、英國大白豬、比利時皮特蘭豬和丹麥長白豬等為代表的西方豬種生長快、瘦肉率高,但肉質(zhì)風(fēng)味較差。農(nóng)科院牧醫(yī)所主編的《中國豬品種志》根據(jù)豬種的外貌特征、分布情況以及相互間的親緣程度,將我國地方豬資源劃分為6大類群,這些地方豬種生長慢、瘦肉率低,但是肉質(zhì)好。

舉例來說,引進的丹麥長白豬瘦肉率達66%,脂率為14.62%,肌內(nèi)脂肪為2.16%;而地方豬種通城豬瘦肉率為40.6%,脂率達39%,肌內(nèi)脂肪達4.56%。

產(chǎn)肉量取決于骨骼肌發(fā)育,肉品質(zhì)取決于脂肪發(fā)育,而肌肉和脂肪發(fā)育是一個動態(tài)調(diào)控的過程。"二者均來源于中胚層的共同祖先細胞,且可相互轉(zhuǎn)換,關(guān)鍵基因的相互作用機制仍然不清楚。"李奎說。

以此為創(chuàng)新的出發(fā)點,李奎及其團隊確定了研究思路:首先,根據(jù)國家種豬改良的需求,通過豬種資源的收集比較、多組學(xué)比較發(fā)育分析、產(chǎn)肉性狀基因挖掘,找到關(guān)鍵基因和因子。然后,在此基礎(chǔ)上,發(fā)展豬分子輔助育種體系,開展豬基因工程技術(shù),進行分子標記開發(fā),改良產(chǎn)肉形狀,培育優(yōu)良種豬。

2　發(fā)掘關(guān)鍵基因

不同類型豬間產(chǎn)肉量的巨大差異,為研究產(chǎn)肉量相關(guān)的基因提供了良好的素材,西方瘦肉型豬和中國地方脂肪型豬在胚胎發(fā)育過程中在體重、體尺性狀上就有顯著的區(qū)別。由此,李奎及其團隊確定了基因挖掘的策略,"比較中外品種間的不同發(fā)育點,把重點放在豬出生前研究,通過差異找關(guān)鍵基因。"李奎解釋道。

為了實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)現(xiàn)豬產(chǎn)肉性狀候選基因,研究人員創(chuàng)建了QTL定位新方法FineQtl、數(shù)字候選基因法、全基因組水平的非編碼RNA預(yù)測新方法miRFinder等豬產(chǎn)肉性狀基因資源高效發(fā)掘技術(shù)體系。

在此基礎(chǔ)上,研究人員首次系統(tǒng)繪制了中外豬種28個生長發(fā)育時期骨骼肌轉(zhuǎn)錄組,獲得了317115個標簽,分析了98437個單標簽和14683個轉(zhuǎn)錄本的表達模式。

在豬胚胎骨骼肌樣品中,研究人員鑒定得到了78個新的骨骼肌生長發(fā)育相關(guān)miRNA,并繪制出骨骼肌發(fā)育相關(guān)miRNA在中外豬骨骼肌生長發(fā)育中的動態(tài)性表達圖譜。通過細胞和個體水平的功能分析,揭示了miRNA-148a等8個miRNA在豬的骨骼肌發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用及其作用機制。

此外,研究人員還首次繪制出豬LncRNA的組織和發(fā)育性圖譜,在豬9種組織和3個骨骼肌發(fā)育階段新鑒定9075條LncRNA。鑒定了427條嵌合RNA可在骨骼肌中表達,是產(chǎn)肉性狀的重要候選基因。建立了環(huán)狀RNA的鑒定及分析平臺,并首次在豬中鑒定出5934條環(huán)狀基因。鑒定了46個與肌肉發(fā)育相關(guān)的重要基因在中外豬種之間存在顯著的甲基化差異。

基于這些工作,研究人員大量進行了分子標記開發(fā),發(fā)現(xiàn)了2036個產(chǎn)肉性狀候選基因,在10多個資源群體、5000多頭樣本中鑒定出與產(chǎn)肉性狀相關(guān)的分子標記。

"挖掘性狀基因和調(diào)控機制的主要目的是,通過研究豬肉在發(fā)育過程中不同時期、不同品種間的基因差異,來認識和研究肉品差異的遺傳機理。"中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院教授崔勝評價說,李奎及其團隊運用基因組學(xué)的方法綜合研究了豬肉形成的調(diào)控機制及其關(guān)鍵因子,為同領(lǐng)域的相關(guān)研究奠定了堅實基礎(chǔ)。

3　豬分子遺傳改良

在遺傳改良上,李奎及研究團隊發(fā)展了數(shù)量性狀基因模型,為各類遺傳效應(yīng)、特別是非加性遺傳效應(yīng)的解析式分析提供了新的理論基礎(chǔ)。將分子標記用于豬產(chǎn)肉性狀的指數(shù)選擇,建立了準確、高效的技術(shù)育種體系。在多重標記的整合應(yīng)用方面,提出了整合育種的嘗試性探索。

"鄂青一號"就是李奎及其團隊利用豬分子標記輔助育種技術(shù)培育的優(yōu)質(zhì)豬,是通過建立6個標記組合的試驗豬群,對各組合進行生產(chǎn)、性能和配合力測定,篩選出最優(yōu)基因標記組合,再選擇最佳標記組合的基因型個體,開展定向選育而成。

"'鄂青一號'性能優(yōu)越,作為地方豬保護和利用的成功案例,聯(lián)合國糧農(nóng)組織的刊物對其進行了長篇報道。"李奎說。 "鄂青一號"優(yōu)質(zhì)豬的生長和胴體性狀達到主打品種瘦肉型純種長白豬和大白豬的水平;而肉質(zhì)性狀接近優(yōu)良地方品種通城豬。

此外,團隊在豬基因工程技術(shù)方面也進行了創(chuàng)新。李奎及其團隊建立了完善的體細胞核移植和原核顯微注射平臺;建立了可控表達技術(shù),制備了可控表達的GH轉(zhuǎn)基因豬;建立了多基因復(fù)合性狀和新型基因組編輯技術(shù)平臺。

"個人理解,豬的基因工程核心技術(shù)之一就是體細胞轉(zhuǎn)基因克隆,從他們做的情況來看,技術(shù)體系有了很大幅度的完善和改進,整個技術(shù)體系通過他們團隊已經(jīng)提高了一大步。"北京農(nóng)學(xué)院動物科技學(xué)院教授郭勇表示。

李奎還表示,由于豬的體形大小、身體生化指標都適合人類疾病的模型,因此豬正在成為人類疾病研究的理想模型。進一步的研究將繼續(xù)用豬創(chuàng)制疾病模型,為相關(guān)人類疾病治療奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

此外,他們還將進一步全面解析豬肌肉和脂肪發(fā)育分子機制,建立群體個性化多維基因組精準育種技術(shù)體系。同時,在精準調(diào)控豬肌肉和脂肪發(fā)育,培育優(yōu)質(zhì)豬新品種上繼續(xù)展開研究。

"隨著科技水平的提高,豬在畜牧業(yè)和生物醫(yī)療行業(yè)的優(yōu)勢會逐步顯現(xiàn),人類在未來也會越來越離不開豬。"李奎說。

摘自《中國科學(xué)報》2015年12月9日