中國地方豬種成肌與肌內(nèi)沉脂的遺傳機制解析
——國家自然科學基金重大項目介紹

任紅艷,胡景杰,杜生明

(國家自然科學基金委員會生命科學部，北京 100085)

1 立項背景和依據(jù)

中國是世界第一養(yǎng)豬生產(chǎn)大國，擁有全球最豐富的地方豬種資源，地方品種多達76個，與國外培育的家豬品種或品系相比，中國地方豬具有環(huán)境適應性強、耐粗放管理、抗病性強、繁殖力高、肉質(zhì)好等特點。這些各具特色的地方品種是天然的基因庫，是雜種優(yōu)勢利用和“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)”品種培育的良好原始材料。然而，近年來受外來品種的沖擊，中國地方豬種數(shù)量急劇下降，許多傳統(tǒng)品種被遺棄，處于滅絕或瀕危狀態(tài)，商業(yè)良種豬的核心種源主要依賴進口。2016年中央提出“加快推進現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展，實施畜禽遺傳改良計劃，加快培育優(yōu)異畜禽新品種”，畜禽種質(zhì)資源發(fā)掘、保存和創(chuàng)新與新品種培育作為國家農(nóng)業(yè)科技攻關的優(yōu)先主題也列入了《國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》和《國家農(nóng)業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃(2006—2020年》。豬肉產(chǎn)量和品質(zhì)是典型的數(shù)量性狀，受環(huán)境因素影響較大，常規(guī)育種方法進展慢，難以達到育種目標的精細調(diào)控。迄今，世界各國對豬的遺傳改良主要集中在提高生長速度和瘦肉率等生長和胴體性狀方面，已獲得較大遺傳進展。歐美等推出的多系配套組合均具有優(yōu)良的生長性能和胴體品質(zhì)。但另一方面卻是肉質(zhì)性狀的下降，特別是肌內(nèi)脂肪含量，在個別商業(yè)豬種中有的已降低到1%～1.2%，低于3%～4%的最佳范圍。這主要是由于肌內(nèi)脂肪含量與被選育的胴體性狀間存在著一定的負相關[1]。因此，實現(xiàn)地方豬種育種理論和關鍵技術的突破，提高豬肉的產(chǎn)量和品質(zhì)，是中國遺傳育種領域亟待解決的問題。

2 研究基礎

隨著國家對基礎研究的重視和科研投入的不斷增長，中國在動物遺傳育種領域的整體水平與國際先進水平差距明顯縮小，尤其是在基因組學、全基因組關聯(lián)研究、新基因發(fā)掘和功能解析等方面已接近或達到國際先進水平，具備了在這一研究領域取得突破性進展的研究基礎與條件。

目前中國畜禽遺傳育種領域國際期刊發(fā)文數(shù)量位列全球第3，論文數(shù)量和質(zhì)量都呈持續(xù)增長的態(tài)勢；有21項成果獲國家級科技獎勵。近幾年，中國學者先后在《Nature Genetics》等國際刊物上發(fā)表了家豬、牦牛、鴨和山羊基因組研究成果[2-5]，揭示出部分地方品種遺傳背景差異及其環(huán)境適應性的遺傳機制，取得了基因組研究的重大突破。同時，中國研究者也系統(tǒng)開展了畜禽的重要經(jīng)濟性狀、遺傳缺陷性疾病、復雜疾病的抗性、地方及商業(yè)品種的種質(zhì)特性等全基因組關聯(lián)研究；已經(jīng)成功構建了中國地方豬種基因組DNA庫，深入探究了某些主效QTL位點，成功鑒別了控制豬外耳大小、棕褐毛色、仔豬斷奶前腹瀉、酸肉發(fā)生、胸椎數(shù)量、榮昌豬耳聾等性狀的因果基因及其因果突變，深入闡明了一些種質(zhì)特性、疫病產(chǎn)生的分子機理[6-12]。這些研究成果受到了國際同行的廣泛關注，為項目取得突破性進展奠定了良好的工作基礎。

近年來，在國家自然科學基金、國家重點基礎研究發(fā)展計劃等的資助下，越來越多的學者從事畜禽遺傳育種研究，已形成了以一批中國科學院和中國工程院院士、長江學者、杰青、千人和萬人計劃專家、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系首席科學家等為領軍人物，大量中青年專家學者為骨干、一大批青年博士和一線技術人員為主力的研究隊伍。中國從事畜禽遺傳育種研究的高校有20多所、省部級研究機構31家、國家重點實驗室和國家工程技術中心5個、省部級重點實驗室16個；30多家企業(yè)設有研究院或研發(fā)中心。這些研究基地不僅具有一流的科研設施和環(huán)境條件，而且還擁有完備的技術平臺，為項目的實施提供了良好的研究條件。

3 關鍵科學問題與研究內(nèi)容

針對中國不同類型的代表性地方豬種，圍繞遺傳改良豬瘦肉產(chǎn)量及肉品質(zhì)亟待解決的關鍵科學問題，綜合應用遺傳學、分子生物學、生物化學、細胞學、組學和生物信息學等現(xiàn)代方法，系統(tǒng)地鑒定這些地方豬種的肌肉組織學、細胞學及生化特性，發(fā)現(xiàn)調(diào)控成肌和肌內(nèi)沉脂過程的基因組功能元件及關鍵轉錄因子，揭示肌肉組織中成肌和肌內(nèi)沉脂的機理，實現(xiàn)地方豬種育種理論和關鍵技術的突破。擬主要開展4個方面的研究：(1)地方豬種成肌和肌內(nèi)沉脂的生理生化機制及與品質(zhì)的關系；(2)地方豬種成肌與肌內(nèi)沉脂的細胞機制；(3)地方豬種成肌和肌內(nèi)沉脂差異的遺傳機制；(4)地方豬種成肌與肌內(nèi)沉脂重要遺傳參數(shù)評估與應用。項目瞄準國際豬遺傳育種研究領域前沿和國家畜牧種業(yè)安全的戰(zhàn)略需求，通過項目的實施，可望發(fā)掘一批具有自主知識產(chǎn)權的新育種材料和新基因，揭示肌肉及肌內(nèi)脂肪細胞發(fā)育的時空特性，系統(tǒng)闡釋和綜合解析肌肉組織學特性及其形成的遺傳機制，培養(yǎng)一批具有國際水平的研究人才，在國內(nèi)生豬種業(yè)領軍企業(yè)推廣應用新的育種技術，為中國地方豬基因資源利用和遺傳改良奠定堅實的基礎。

4 重大項目受理、評審和資助情況

重大項目“中國地方豬種成肌與肌內(nèi)沉脂的遺傳機制解析”在網(wǎng)上公布申請指南后，共接收項目申請3項，課題申請12項，共計15份申請，其中9份來自高等院校，6份來自科研院所。經(jīng)同行專家通訊評審，推薦江西農(nóng)業(yè)大學黃路生教授申請的項目(包括4個課題)進行答辯。生命科學部邀請國內(nèi)相關領域?qū)＜遥鶕?jù)項目指南和評審要求，對項目的科學意義、研究內(nèi)容、研究目標及科學問題凝練等對答辯項目進行了評審。通過專家閱讀申請書，聽取申請人的匯報和答辯，討論投票，國家自然科學基金委委務會審批，黃路生教授申請的項目獲得資助。該項目擬以中國特色地方豬種和外來瘦肉型豬種為研究對象，從發(fā)育生物學和比較生物學等角度，運用高通量組學和免疫組化等技術，系統(tǒng)研究豬胚胎期成肌和成脂定向分化、出生后肌纖維發(fā)育和肌內(nèi)沉脂過程中的生理信號及生化代謝通路的變化規(guī)律、以及肌纖維數(shù)目、類型和組成等生物學特征的形成規(guī)律，揭示肌肉及肌內(nèi)脂肪細胞發(fā)育的時空特性、生理生化調(diào)控機制和細胞分子機制；采用全基因組序列關聯(lián)分析和整合系統(tǒng)生物學方法，鑒別調(diào)控地方豬成肌和肌內(nèi)沉脂性狀的因果基因、DNA功能元件及關鍵轉錄因子，建立多品種肉質(zhì)性狀基因組預測和標記效應評估模型。研究成果可望發(fā)掘一批具有重要育種價值的新基因，系統(tǒng)闡釋地方豬肌肉組織學特性及其形成的遺傳機制，實現(xiàn)中國地方豬種育種理論和關鍵技術的突破。該重大項目的資助期限為2018年1月-2022年12月，資助經(jīng)費為1 784萬元。

參考文獻(References)：

[1] SUZUKI K, IRIE M, KADOWAKI H, et al. Genetic parameter estimates of meat quality traits in Duroc pigs selected for average daily gain, longissimus muscle area, backfat thickness, and intramuscular fat content [J].JAnimSci, 2005, 83 (9): 2058-2065.

[2] AI H, FANG X, YANG B, et al. Adaptation and possible ancient interspecies introgression in pigs identified by whole-genome sequencing [J].NatGenet, 2015, 47(3): 217-225.

[3] QIU Q, ZHANG G, MA T, et al. The yak genome and adaptation to life at high altitude [J].NatGenet, 2012, 44(8): 946-949.

[4] HUANG Y, LI Y, BURT D W, et al. The duck genome and transcriptome provide insight into an avian influenza virus reservoir species [J].NatGenet, 2013, 45(7): 776-783.

[5] DONG Y, XIE M, JIANG Y, et al. Sequencing and automated whole-genome optical mapping of the genome of a domestic goat (Caprahircus) [J].NatBiotechnol, 2013, 31(2): 135-141.

[6] ZHANG L, LIANG J, LUO W, et al. Genome-Wide scan reveals LEMD3 and WIF1 on SSC5 as the candidates for porcine ear size [J].PLoSOne, 2014, 9(7): e102085.

[7] REN J, DUAN Y, QIAO R, et al. A missense mutation in PPARD causes a major QTL effect on ear size in pigs [J].PLoSGenet, 2011, 7(5):e1002043.

[8] ZHANG Z, DUAN Y, WU Z, et al. PPARD is an inhibitor of cartilage growth in external ears [J].IntJBiolSci, 2017, 13(5):669-681.

[9] REN J, MAO H, ZHANG Z, et al. A 6-bp deletion in the TYRP1 gene causes the brown colouration phenotype in Chinese indigenous pigs [J].Heredity, 2011, 106(5):862-868.

[10] REN J, YAN X, AI H, et al. Susceptibility towards enterotoxigenic Escherichia coli F4ac diarrhea is governed by the MUC13 gene in pigs [J].PLoSOne, 2012, 7(9): e44573.

[11] MA J, YANG J, ZHOU L, et al. A splice mutation in the PHKG1 gene causes high glycogen content and low meat quality in pig skeletal muscle [J].PLoSGenet, 2014, 10(10):e1004710.

[12] CHEN L, GUO W, REN L, et al. A de novo silencer causes elimination of MITF-M expression and profound hearing loss in pigs [J].BMCBiol, 2016, 14:52.