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        豬遺傳改良迎來(lái)"黃金期"

        2016-01-30 20:18:52胡璇子
        中國(guó)畜牧獸醫(yī)文摘 2016年1期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)肉豬種骨骼肌

        胡璇子 李 晨

        豬遺傳改良迎來(lái)"黃金期"

        胡璇子李晨

        根據(jù)國(guó)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(guó)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(lái)是中國(guó)人尤為喜愛的食物。

        中國(guó)是世界上最大的豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó),中國(guó)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(guó)對(duì)豬肉產(chǎn)量的需求仍在增長(zhǎng),同時(shí),對(duì)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(guó)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(guó)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。

        1 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(guó)人說(shuō)起豬肉時(shí),最為關(guān)心的兩個(gè)話題。對(duì)于以豬為研究對(duì)象的科研人員來(lái)說(shuō),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)。"李奎說(shuō)。

        具體來(lái)說(shuō),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(shuō),產(chǎn)肉的潛能在出生前就已經(jīng)固定了,出生后環(huán)境對(duì)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(huì)呈現(xiàn)大理石紋。"李奎補(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。"

        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(guó)漢普夏豬、杜洛克豬、巴克夏豬、英國(guó)大白豬、比利時(shí)皮特蘭豬和丹麥長(zhǎng)白豬等為代表的西方豬種生長(zhǎng)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(guó)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(guó)地方豬資源劃分為6大類群,這些地方豬種生長(zhǎng)慢、瘦肉率低,但是肉質(zhì)好。

        舉例來(lái)說(shuō),引進(jìn)的丹麥長(zhǎng)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(lái)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。"李奎說(shuō)。

        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(guó)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。

        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(guó)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。"李奎解釋道。

        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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)認(rèn)識(shí)和研究肉品差異的遺傳機(jī)理。"中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院教授崔勝評(píng)價(jià)說(shuō),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)。

        3 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(hào)"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(duì)各組合進(jìn)行生產(chǎn)、性能和配合力測(cè)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(hào)'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(guó)糧農(nóng)組織的刊物對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)篇報(bào)道。"李奎說(shuō)。 "鄂青一號(hào)"優(yōu)質(zhì)豬的生長(zhǎng)和胴體性狀達(dá)到主打品種瘦肉型純種長(zhǎng)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(lái)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。"北京農(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(shì)會(huì)逐步顯現(xiàn),人類在未來(lái)也會(huì)越來(lái)越離不開豬。"李奎說(shuō)。

        摘自《中國(guó)科學(xué)報(bào)》2015年12月9日

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