高夢(mèng)錦，李 雪，李京京，邢 凱，齊曉龍，王相國(guó)，郭 勇，倪和民，盛熙暉

（北京農(nóng)學(xué)院動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 102206）

畜禽良種是畜牧業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是提高生產(chǎn)水平和效率的關(guān)鍵。近幾十年，畜禽遺傳改良過(guò)分追求生長(zhǎng)速度，導(dǎo)致肉質(zhì)下降[1-2]。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和消費(fèi)水平的提高，人們對(duì)肉品質(zhì)的要求不斷提升。因此，家畜肉質(zhì)性狀的改良和育種研究已成為畜牧科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。肉質(zhì)是指與肉品外觀和適口性相關(guān)的特性，其主要影響因素可歸納為遺傳和環(huán)境2 個(gè)方面。研究人員可以利用組學(xué)技術(shù)挖掘肉質(zhì)性狀的調(diào)控基因或蛋白，深入了解肉質(zhì)性狀調(diào)控機(jī)理，為下一步開(kāi)展肉質(zhì)性狀改良奠定理論基礎(chǔ)。在肉質(zhì)評(píng)定方面，常用的指標(biāo)有pH 值、肉色、系水力、嫩度等。但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)畜禽肉質(zhì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)還未完全統(tǒng)一，研究者對(duì)肉質(zhì)指標(biāo)的評(píng)定方法和條件各有不同，不同試驗(yàn)結(jié)果之間的可比性較差，組學(xué)技術(shù)或可為解決此問(wèn)題提供新思路。組學(xué)技術(shù)包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等，目前其已成為畜禽肉質(zhì)性狀研究的有力工具，在畜禽肉質(zhì)性狀及調(diào)控機(jī)理研究中應(yīng)用廣泛。本文綜述了組學(xué)技術(shù)在畜禽肉質(zhì)性狀研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

1 基因組學(xué)技術(shù)

基因組學(xué)旨在研究基因組的結(jié)構(gòu)和功能，主要包括結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和功能基因組學(xué)2 個(gè)方面。2000 年，人類基因組計(jì)劃完成，隨后紅原雞、海福特牛、杜洛克豬等家畜也先后完成了基因組測(cè)序工作[3]，為家畜育種研究提供了重要的基因組信息。目前，基因組學(xué)技術(shù)已廣泛應(yīng)用在畜禽肉質(zhì)性狀育種研究中，主要包括基因芯片和基因組重測(cè)序等。

1.1 基因芯片 基因芯片運(yùn)用核酸互補(bǔ)雜交原理，在載體表面有規(guī)則地構(gòu)建DNA“探針”陣列，探針將與同位素或熒光標(biāo)記的樣品進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)雜交圖譜熒光信號(hào)強(qiáng)弱可測(cè)定樣品中目的基因的數(shù)量及組成[4]。在家養(yǎng)動(dòng)物肉質(zhì)研究中，Kaifan 等[5]比對(duì)了藍(lán)塘豬和大白豬的脂肪酸含量及其組成，并用微陣列技術(shù)和實(shí)時(shí)定量PCR 技術(shù)確定了影響其脂肪酸組成的候選基因。Hausman 等[6]運(yùn)用Affymetrix 基因芯片對(duì)不同周齡科寶肉雞的腹部脂肪組織進(jìn)行基因微陣列分析，共篩選出330 個(gè)差異表達(dá)基因，這些基因可作為腹部脂肪沉積調(diào)控研究的候選基因。基因芯片與生物信息學(xué)的結(jié)合使研究人員從最初1 個(gè)月測(cè)序1 個(gè)或2 個(gè)基因到現(xiàn)在幾個(gè)小時(shí)即可研究數(shù)萬(wàn)個(gè)基因，加快了肉質(zhì)性狀研究中挖掘差異表達(dá)基因的進(jìn)程，節(jié)約了大量的時(shí)間成本。

1.2 全基因組重測(cè)序技術(shù) 全基因組重測(cè)序技術(shù)是在已知物種基因序列的基礎(chǔ)上，通過(guò)比較該物種不同個(gè)體基因組之間的差異，運(yùn)用各種生物信息學(xué)技術(shù)分析變異信息，進(jìn)而研究其遺傳變異和分子標(biāo)記。在家畜肉質(zhì)性狀的研究中，Kong 等[7]以雞高/低肌肉顏色品系和隨機(jī)繁殖對(duì)照系為研究對(duì)象，利用Illumina 測(cè)序平臺(tái)對(duì)每個(gè)品系各10 只雞進(jìn)行全基因組重測(cè)序挖掘雞肉中負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)肌肉顏色的遺傳變異，共鑒定出數(shù)百萬(wàn)個(gè)單核苷酸多態(tài)性，其中有15 個(gè)與肌肉顏色顯著相關(guān)。Li 等[8]利用全基因組重測(cè)序技術(shù)在全基因組范圍內(nèi)比對(duì)西藏野豬、家豬和普通野豬的SNP 變異信息，研究發(fā)現(xiàn)在人工選擇下共有516 個(gè)候選基因與家豬的生長(zhǎng)、肌肉發(fā)育、嗅覺(jué)和免疫反應(yīng)等生物過(guò)程有關(guān)。毛衍偉等[9]運(yùn)用全基因組重測(cè)序技術(shù)對(duì)高/低脂肪含量安格斯?！料嬷悬S牛雜交牛的背最長(zhǎng)肌進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脂肪形成基因、能量代謝基因等基因的多態(tài)性變化是影響肉牛肌內(nèi)脂肪沉積能力的關(guān)鍵。全基因組重測(cè)序技術(shù)是一次性獲得大量且具有高分辨率數(shù)據(jù)的最佳方法，能夠在全基因組水平上找到與肉質(zhì)性狀相關(guān)的遺傳變異位點(diǎn)，與此同時(shí)，對(duì)所獲得大量數(shù)據(jù)的分析及處理尤為關(guān)鍵。

2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)

RNA 在遺傳信息從DNA 傳遞到蛋白質(zhì)的過(guò)程中起到了承上啟下的作用，所以轉(zhuǎn)錄組學(xué)是功能基因組學(xué)的一個(gè)重要方面[10]。轉(zhuǎn)錄組學(xué)又稱為基因表達(dá)圖譜，可以通過(guò)基因芯片、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和基因表達(dá)序列分析等技術(shù)研究某一特定條件下細(xì)胞或組織基因表達(dá)情況，并利用生物信息學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)已廣泛用于肉質(zhì)相關(guān)基因的調(diào)控研究。

2.1 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序 皮下、肌間和肌內(nèi)脂肪是影響肉質(zhì)的重要因素之一。Jung 等[11]對(duì)豬肝臟組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，非同義單核苷酸變異可通過(guò)影響死后代謝相關(guān)基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控進(jìn)而影響多種肉質(zhì)性狀。Piórkowska 等[12]對(duì)兩組剪切力存在顯著差異的哈伯德FLEX 系列肉雞的胸肌組織進(jìn)行全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，初步篩選出了與雞胸肌肌肉轉(zhuǎn)化、脂肪生成和膠原合成有關(guān)的基因。為探索高濃度氨對(duì)肉雞肉質(zhì)的影響，Yi 等[13]利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)比較了暴露于不同氨濃度下的愛(ài)拔益加肉雞胸肌的轉(zhuǎn)錄組，共鑒定出了267 個(gè)候選基因，這些基因都參與了脂質(zhì)代謝過(guò)程。Billerey 等[14]采集了9頭利木贊公牛的背最長(zhǎng)肌樣本，利用全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方法鑒定出超過(guò)500 種的lncRNA，這些lncRNA 可能有助于肉質(zhì)性狀遺傳變異的相關(guān)研究。Sodhi 等[15]利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)研究了濟(jì)州島本地豬與巴克夏豬脂肪組織的差異表達(dá)基因，這些基因?yàn)檫M(jìn)一步研究豬的脂肪沉積機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。Li 等[16]利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)對(duì)白來(lái)航雞的骨骼肌進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了新型lncRNA，結(jié)合RT-PCR 結(jié)果發(fā)現(xiàn)lncRNA gga-lnc-0181 在骨骼肌中高度表達(dá)。利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序可以有效獲得肉質(zhì)性狀相關(guān)的基因編碼序列，因只研究被轉(zhuǎn)錄的基因，其相較于基因組學(xué)而言針對(duì)性更強(qiáng)。

2.2 小分子RNA 測(cè)序 生物體細(xì)胞內(nèi)存在著大量的小分子RNA，包括小片段干涉RNA（siRNA）、微小RNA（miRNA）、Piwi 蛋白相互作用RNAs（piRNAs）、核仁小RNA（snoRNA）和核內(nèi)小RNA（snRNA），其作為生命活動(dòng)重要的調(diào)控因子在轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控、生物體的生長(zhǎng)發(fā)育、疾病、代謝及生殖等方面發(fā)揮著重要作用。microRNA 是一種內(nèi)源性的非編碼小RNAs，轉(zhuǎn)錄后可調(diào)控基因表達(dá)。越來(lái)越多的證據(jù)表明，microRNA 在體外和體內(nèi)脂肪生成過(guò)程中起著重要作用，并且對(duì)家畜肉品質(zhì)有影響[17-20]。Zhang 等[21]以6 只固始母雞為研究對(duì)象，分別測(cè)定了3 只20 周齡雞（G20W 組）和3 只55 周齡產(chǎn)蛋后期母雞（G55W 組）右側(cè)胸肌的肌內(nèi)脂肪含量，并提取了左側(cè)胸肌、肝臟、心臟、脾臟、肺、腎、十二指腸、卵巢和腹部脂肪組織的RNA 進(jìn)行miRNA 測(cè)序，研究結(jié)果表明，與G20W組相比，G55W 組右側(cè)胸肌肌內(nèi)脂肪含量較高，其總miRNA 表達(dá)水平低，2 組共鑒定出104 個(gè)差異表達(dá)miRNA。為更好地理解miRNA 在牛脂肪沉積中的差異表達(dá)和機(jī)制，Wang 等[22]通過(guò)微陣列分析了6 頭成年肉牛肌內(nèi)脂肪和皮下脂肪的差異miRNA，研究發(fā)現(xiàn)miR-143、miR-145、miR-26a、miR-2373-5p 和miR-23b-3p 在肌內(nèi)脂肪中高表達(dá)，而miR-26a、miR-2373-5p、miR-2325c、miR-3613 和miR -2361 在皮下脂肪中豐度最高。目前，小分子RNA 測(cè)序技術(shù)在畜禽肉質(zhì)方面的研究主要集中于miRNA，對(duì)于其他小分子RNA 還有待研究。

3 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)

蛋白質(zhì)組學(xué)于1994 年由澳大利亞麥考瑞大學(xué)的Wilkins 和Williams 提出，用來(lái)描述對(duì)特定蛋白質(zhì)組的研究，它是在特定生理?xiàng)l件下和特定時(shí)間由生物系統(tǒng)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的整個(gè)復(fù)合體[23]。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者，因此蛋白質(zhì)組學(xué)研究可以更有效地闡明生命過(guò)程的分子機(jī)制。在畜牧科學(xué)研究中，蛋白質(zhì)組學(xué)是診斷畜禽疾病，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、安全的動(dòng)物產(chǎn)品，提高動(dòng)物生產(chǎn)效率的有力手段。通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)可以鑒定與肌肉品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)的蛋白質(zhì)，全面深入地研究肉質(zhì)性狀的形成機(jī)制。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)技術(shù)主要包括如下3 種。

3.1 雙向凝膠電泳和質(zhì)譜技術(shù) 雙向凝膠電泳作為最廣泛使用的蛋白質(zhì)分離方法之一，其原理是蛋白質(zhì)根據(jù)第一維度中的等電點(diǎn)和第二維度中的分子量通過(guò)兩次電泳將其分離[24]。質(zhì)譜技術(shù)具有高靈敏度和準(zhǔn)確性，極大地?cái)U(kuò)展了蛋白質(zhì)組學(xué)的研究。在運(yùn)用雙向凝膠電泳分離蛋白質(zhì)之后，凝膠點(diǎn)可以被分開(kāi)切除并進(jìn)行隨后的蛋白質(zhì)溶解消化。消化后產(chǎn)生的肽段混合物可利用質(zhì)譜技術(shù)鑒定蛋白質(zhì)或肽段。利用雙向電泳結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)，D'Alessandro 等[25]在牛肉中發(fā)現(xiàn)了3 個(gè)與嫩度相關(guān)的標(biāo)記蛋白質(zhì)。曹夢(mèng)等[26]通過(guò)雙向電泳和質(zhì)譜技術(shù)聯(lián)用分析白萊航、快大黃雞和北京油雞的肌肉組織蛋白表達(dá)差異，研究發(fā)現(xiàn)11 個(gè)蛋白表達(dá)差異點(diǎn)，其中3 種蛋白表達(dá)差異極顯著。趙珺[27]對(duì)3 只成年內(nèi)蒙古絨山羊背最長(zhǎng)肌、臂三頭肌和臀肌進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，鑒定出了骨骼肌的3 種差異蛋白并建立了絨山羊骨骼肌差異蛋白譜。雙向凝膠電泳在畜禽蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用已較為成熟，隨著質(zhì)譜靈敏度的提高，其已成為首選的分離方法。

3.2 同位素標(biāo)記相對(duì)和絕對(duì)定量（iTRAQ）技術(shù) iTRAQ技術(shù)作為一種新型蛋白質(zhì)標(biāo)記定量技術(shù)，可同時(shí)對(duì)4 個(gè)或8 個(gè)不同樣品進(jìn)行蛋白定量比較，并且能對(duì)樣本中的幾乎所有蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)合，標(biāo)記過(guò)程更簡(jiǎn)單，與質(zhì)譜儀串聯(lián)檢測(cè)更靈敏[28]。相比于傳統(tǒng)雙向凝膠電泳分析，iTRAQ 技術(shù)可以提供更可靠的定量測(cè)定和樣品比較[29]。Wang 等[30]以6 月齡藏豬、滇南小耳豬、約克夏豬和長(zhǎng)白豬為研究對(duì)象，利用iTRAQ 技術(shù)初步篩選出了調(diào)控豬背最長(zhǎng)肌脂肪代謝、沉積和肌肉生長(zhǎng)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)。付睿琦[31]利用iTRAQ 技術(shù)獲得不同發(fā)育階段北京油雞的胸肌肌肉發(fā)育和脂肪代謝主要途徑和關(guān)鍵蛋白。王紅楊[32]以胚胎期至生長(zhǎng)早期北京油雞和科寶肉雞為研究對(duì)象，利用iTRAQ 技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)對(duì)雞胸肌組織蛋白表達(dá)情況進(jìn)行分析獲得與肌肉發(fā)育和肌內(nèi)脂肪沉積相關(guān)關(guān)鍵蛋白和通路。郝瑞杰[33]以雪龍黑牛、云嶺牛、秦川肉牛和傳統(tǒng)秦川牛為研究對(duì)象，利用iTRAQ 技術(shù)分析其背最長(zhǎng)肌的蛋白質(zhì)，結(jié)果共篩選到了6 個(gè)與脂肪細(xì)胞增殖和分化相關(guān)的蛋白質(zhì)，初步推測(cè)了肌內(nèi)脂肪沉積的可能調(diào)控機(jī)理。Bjarnadottir 等[34]利用iTRAQ 技術(shù)研究挪威紅公牛背最長(zhǎng)肌低剪切力組與高剪切力組，發(fā)現(xiàn)了3 個(gè)與嫩度相關(guān)的蛋白質(zhì)。目前，iTRAQ 技術(shù)與多維液相及色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)已在蛋白質(zhì)組學(xué)中廣泛應(yīng)用，其在獲取樣本中差異蛋白及挖掘生物標(biāo)記物等方面具有優(yōu)勢(shì)。

4 代謝組學(xué)技術(shù)

代謝組學(xué)是蛋白質(zhì)組學(xué)的進(jìn)一步延伸，用于研究某一生物或細(xì)胞的代謝路徑底物和產(chǎn)物變化規(guī)律，尤其是小分子代謝物質(zhì)，揭示生物生命活動(dòng)代謝的本質(zhì)[35]。由于代謝產(chǎn)物種類繁多并且不能像基因、蛋白質(zhì)一樣根據(jù)堿基、氨基酸來(lái)測(cè)序，目前還未有一種可以同時(shí)分析所有代謝產(chǎn)物的方法，一般是根據(jù)代謝產(chǎn)物的類型和研究目的來(lái)選擇不同的分析方法，較為常見(jiàn)的分析方法有色譜、質(zhì)譜、核磁共振、紫外吸收、放射性檢測(cè)及紅外光譜等[36-37]?，F(xiàn)今，代謝組學(xué)已廣泛應(yīng)用于植物、食品、醫(yī)藥及疾病診斷等領(lǐng)域，并取得了豐碩的成果。在畜禽肉質(zhì)性狀研究中，目前對(duì)牛和豬的研究較多，并主要集中于代謝分子全基因組關(guān)聯(lián)分析研究（Genome-Wide Association Studies with Metaotypes,mGWAS），用于篩選影響肉質(zhì)的遺傳標(biāo)記或重要候選基因。例如，F(xiàn)ASN和SCD基因與牛背最長(zhǎng)肌的中、長(zhǎng)鏈脂肪酸含量顯著相關(guān)[38-39]，ELOVL等重要候選基因與豬背最長(zhǎng)肌中脂肪酸含量顯著相關(guān)[40]。

5 展 望

各種組學(xué)技術(shù)以及多組學(xué)聯(lián)合技術(shù)已廣泛應(yīng)用于畜禽肉質(zhì)性狀的研究領(lǐng)域，為全面深入地探索畜禽肉質(zhì)性狀的調(diào)控機(jī)制提供了新思路?；蚪M學(xué)通過(guò)對(duì)畜禽重要經(jīng)濟(jì)性狀位點(diǎn)的研究可大幅度提高養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)效益，目前標(biāo)記輔助選擇等分子育種技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用于畜禽育種實(shí)踐中。轉(zhuǎn)錄組學(xué)可從RNA 水平上整體分析不同組織或生理狀況下所有基因的表達(dá)，分析轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)有助于得到新的功能基因和代謝通路，為畜禽育種提供新思路?；诘鞍踪|(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)分析，可以建立蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、挖掘低表達(dá)基因并比較樣本間表達(dá)差異蛋白。在育種過(guò)程中，利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)有助于確定動(dòng)物經(jīng)濟(jì)性狀候選基因，從而加快育種進(jìn)程。相較于其他組學(xué)技術(shù)，代謝組學(xué)尚處于新生階段，在檢測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析等方面仍需進(jìn)一步完善，但代謝組學(xué)在遺傳育種中已表現(xiàn)出巨大潛能，如通過(guò)mGWAS 篩選特定標(biāo)記代謝分子。與此同時(shí)，各種組學(xué)技術(shù)的聯(lián)合使用對(duì)數(shù)據(jù)分析方法提出了新挑戰(zhàn)。未來(lái)，隨著組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，這些技術(shù)將更廣泛地應(yīng)用于畜禽肉質(zhì)性狀的選育及其遺傳機(jī)制的闡明。