豬遺傳改良迎來“黃金期”

畜牧編輯

　　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(jìn)行分子標(biāo)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(shí)代早、中期，隋唐時(shí)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(fèi)國，中國的豬肉消費(fèi)量約占世界豬肉消費(fèi)量的一半。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(shí)，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(jìn)中國農(nóng)科院農(nóng)科講壇，分享了其團(tuán)隊(duì)在豬肉產(chǎn)量與品質(zhì)的遺傳改良研究方面的進(jìn)展。

　　中外豬種間產(chǎn)肉性狀相異互補(bǔ)

　　肉夠不夠吃？肉好不好吃？這或許是不少中國人說起豬肉時(shí)，最為關(guān)心的兩個(gè)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(shí)際上就是產(chǎn)肉量和肉品質(zhì)?！崩羁f。

　　具體來說，產(chǎn)肉性狀有許多具體的性狀指標(biāo)，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(gè)關(guān)鍵因素：肌纖維數(shù)量和單個(gè)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?！拔覀兺ǔ３缘降姆嗜馐瞧は轮?，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(huì)呈現(xiàn)大理石紋?！崩羁a(bǔ)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?！?br />
　　在產(chǎn)肉性狀上，中外豬種存在很大差異但又有互補(bǔ)性。以美國漢普夏豬、杜洛克豬、巴克夏豬、英國大白豬、比利時(shí)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(jìn)的丹麥長白豬瘦肉率達(dá)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(dá)39%，肌內(nèi)脂肪達(dá)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(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)控的過程。“二者均來源于中胚層的共同祖先細(xì)胞，且可相互轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵基因的相互作用機(jī)制仍然不清楚?！崩羁f。

　　以此為創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn)，李奎及其團(tuán)隊(duì)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(jìn)行分子標(biāo)記開發(fā)，改良產(chǎn)肉形狀，培育優(yōu)良種豬。

　　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(tuán)隊(duì)確定了基因挖掘的策略，“比較中外品種間的不同發(fā)育點(diǎn)，把重點(diǎn)放在豬出生前研究，通過差異找關(guān)鍵基因?！崩羁忉尩馈?br />
　　為了實(shí)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(gè)生長發(fā)育時(shí)期骨骼肌轉(zhuǎn)錄組，獲得了317115個(gè)標(biāo)簽，分析了98437個(gè)單標(biāo)簽和14683個(gè)轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)模式。

　　在豬胚胎骨骼肌樣品中，研究人員鑒定得到了78個(gè)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(dòng)態(tài)性 表達(dá)圖譜。通過細(xì)胞和個(gè)體水平的功能分析，揭示了miRNA-148a等8個(gè)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(jī)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(gè)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(dá)，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(tái)，并首次在豬中鑒定出5934條環(huán)狀基因。鑒定了46個(gè)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(jìn)行了分子標(biāo)記開發(fā)，發(fā)現(xiàn)了2036個(gè)產(chǎn)肉性狀候選基因，在10多個(gè)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(biāo)記。

　　“挖掘性狀基因和調(diào)控機(jī)制的主要目的是，通過研究豬肉在發(fā)育過程中不同時(shí)期、不同品種間的基因差異，來認(rèn)識和研究肉品差異的遺傳機(jī)理。”中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物 學(xué)院教授崔勝評價(jià)說，李奎及其團(tuán)隊(duì)運(yùn)用基因組學(xué)的方法綜合研究了豬肉形成的調(diào)控機(jī)制及其關(guān)鍵因子，為同領(lǐng)域的相關(guān)研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　豬分子遺傳改良

　　在遺傳改良上，李奎及研究團(tuán)隊(duì)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(biāo)記用于豬產(chǎn)肉性狀的指數(shù)選擇，建立了準(zhǔn)確、高效的技術(shù)育種體系。在多重標(biāo)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(tuán)隊(duì)利用豬分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)培育的優(yōu)質(zhì)豬，是通過建立6個(gè)標(biāo)記組合的試驗(yàn)豬群，對各組合進(jìn)行生產(chǎn)、性能和配合力測定，篩選出最優(yōu)基因標(biāo)記組合，再選擇最佳標(biāo)記組合的基因型個(gè)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(hù)和利用的成功案例，聯(lián)合國糧農(nóng)組織的刊物對其進(jìn)行了長篇報(bào)道。”李奎說?！岸跚嘁惶枴眱?yōu)質(zhì)豬的生長和胴體性狀達(dá)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(tuán)隊(duì)在豬基因工程技術(shù)方面也進(jìn)行了創(chuàng)新。李奎及其團(tuán)隊(duì)建立了完善的體細(xì)胞核移植和原核顯微注射平臺(tái)；建立了可控表達(dá)技術(shù)，制備了可控表達(dá)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(tái)。

　　“個(gè)人理解，豬的基因工程核心技術(shù)之一就是體細(xì)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(jìn)，整個(gè)技術(shù)體系通過他們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)提高了一大步?！北本┺r(nóng)學(xué)院動(dòng)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(biāo)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(jìn)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(jìn)一步全面解析豬肌肉和脂肪發(fā)育分子機(jī)制，建立群體個(gè)性化多維基因組精準(zhǔn)育種技術(shù)體系。同時(shí)，在精準(zhǔn)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(huì)逐步顯現(xiàn)，人類在未來也會(huì)越來越離不開豬?！崩羁f。
來源：中國科學(xué)報(bào)