關(guān)于“生豬高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效性狀形成的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目進(jìn)展

文丨侯博文 王恒 項(xiàng)韜 李鳳娥

我國是世界第一養(yǎng)豬大國，全國生豬存欄、出欄和豬肉產(chǎn)量均居世界第一。而種業(yè)位于生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)鏈條的最上游，種豬質(zhì)量決定了整個(gè)養(yǎng)殖鏈條的生產(chǎn)效率。解析豬重要經(jīng)濟(jì)性狀的形成機(jī)制和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為基因組精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種理論與技術(shù)創(chuàng)新提供依據(jù)，一直是國內(nèi)外豬遺傳育種研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“生豬高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效性狀形成的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)”，圍繞生豬育種的關(guān)鍵科學(xué)問題和產(chǎn)業(yè)瓶頸，解析生豬高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效性狀形成的分子網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)生豬育種新技術(shù)和新理論，為生豬精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，具有重要應(yīng)用前景和顯著社會效益。通過項(xiàng)目研究，科研人員探明了一系列與生豬高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效性狀相關(guān)的重要基因和分子標(biāo)記，為提高生豬育種效率奠定了基礎(chǔ)。

Miao et al., Plos Genetis, 19(6):e1010820

鑒定出調(diào)控豬眼肌深度的關(guān)鍵基因BMP2與功能位點(diǎn)

瘦肉率是衡量豬胴體品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，也是養(yǎng)豬業(yè)持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)改良性狀。有研究表明豬的眼肌深度與瘦肉率呈極強(qiáng)的正相關(guān)，通過深入解析豬眼肌深度的遺傳機(jī)制并鑒定與其相關(guān)的基因及分子標(biāo)記將有望提升眼肌深度的改良效率。在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“生豬高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效性狀形成的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)”的項(xiàng)目資助下，通過整合全基因組關(guān)聯(lián)分析與三維基因組信息，成功鑒定到影響生豬重要經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)鍵基因及其調(diào)控元件上的功能突變，解析了該突變?nèi)绾瓮ㄟ^影響增強(qiáng)子調(diào)控豬眼肌深度性狀的分子機(jī)制。最新研究進(jìn)展發(fā)表在PLoS Genetics期刊，題為“Integrated analysis of genome-wide association studies and 3D epigenomic characteristics reveal the BMP2 gene regulating loin muscle depth in Yorkshire pigs”。GWAS分析是檢測復(fù)雜性狀相關(guān)遺傳變異強(qiáng)大而有效的方法，目前已成功用于鑒定與數(shù)量性狀相關(guān)的SNPs和候選基因。隨著三維表觀基因組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，豬基因組中順式調(diào)節(jié)元件的注釋得到了根本性的豐富，這為闡明遺傳機(jī)制和鑒定與重要經(jīng)濟(jì)性狀顯著相關(guān)的主要遺傳變異和候選基因提供了新的機(jī)會。該研究通過整合GWAS分析和三維表觀基因組學(xué)數(shù)據(jù)，成功鑒定到與豬眼肌深度相關(guān)的候選基因和遺傳變異，這對于提高豬肉生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要借鑒意義。該研究不僅篩選出了兩個(gè)與豬眼肌深度相關(guān)的候選功能突變位點(diǎn)，解決了在家畜中鑒定到相關(guān)基因組候選區(qū)域后，無法實(shí)現(xiàn)基因準(zhǔn)確定位和高效鑒定關(guān)鍵突變位點(diǎn)的難題，也為后續(xù)解析豬其他重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子機(jī)制和功能基因定位提供了成功經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。

Feng et al., Cellular and Molecular Life Sciences. 79(9):498.

闡明了生豬睪丸發(fā)育和精子生成的分子調(diào)控機(jī)理

本研究闡明了miR181-pafah信號通路，通過調(diào)控豬等哺乳動物的支持細(xì)胞生長及其屏障功能，從而影響動物精子生成和精液品質(zhì)的分子機(jī)制。首先在體外建立了哺乳動物睪丸支持細(xì)胞屏障，并在體內(nèi)睪丸注射包裹miR-181c/d的慢病毒（LV-miR-181c/d），成功構(gòu)建睪丸內(nèi)超表達(dá)miR-181c/d的動物模型，發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-181c/d在體外和體內(nèi)擾亂了支持細(xì)胞屏障功能。通過超表達(dá)或抑制表達(dá)miR-181c/d，發(fā)現(xiàn)miR-181c/d促進(jìn)豬睪丸支持細(xì)胞凋亡，抑制豬支持細(xì)胞增殖。miR-181c/d通過靶向抑制Pafah1b1基因的表達(dá)，使得PAFAH1B1-IQGAP1復(fù)合體減少，下調(diào)肌動蛋白調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)，紊亂支持細(xì)胞骨架F-actin結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變BTB相關(guān)蛋白在支持細(xì)胞與支持細(xì)胞界面的定位，最終導(dǎo)致支持細(xì)胞屏障功能發(fā)生改變，調(diào)控生豬的精液品質(zhì)和繁殖性狀形成。

闡明了纖維成脂祖細(xì)胞分化提高肌內(nèi)脂肪含量的分子機(jī)理

纖維-脂肪祖細(xì)胞(FAP) 最初被確定為肌肉間質(zhì)間充質(zhì)細(xì)胞，這類細(xì)胞是肌肉組織內(nèi)部脂肪細(xì)胞的主要來源，對肌內(nèi)脂肪的形成和含量高低發(fā)揮了關(guān)鍵作用。本研究提取了小鼠和豬肌肉種的纖維-脂肪祖細(xì)胞，并分析了其成肌和成脂分化過程種的轉(zhuǎn)錄組，三維基因組變化規(guī)律，采用人為干擾三維基因組結(jié)構(gòu)的技術(shù)，降低重要基因組高級結(jié)構(gòu)因子CTCF的表達(dá)，顯著提高了其成肌和成脂的效率，為提高生豬肌內(nèi)脂肪含量，改善豬肉品質(zhì)提供了新的路徑。

Ren et al., Cell Reports. 40(7):111206.