文丨本刊記者 郭鑫

民以食為天，保障國(guó)家糧食安全是關(guān)系我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的全局性重大戰(zhàn)略問題。習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)，要把農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全作為轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、加快現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保廣大人民群眾“舌尖上的安全”。

為加快破解農(nóng)業(yè)生物遺傳基礎(chǔ)科學(xué)問題，提升設(shè)計(jì)育種能力，保障好“菜籃子”“肉盤子”等畜農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)定供給，2023年4月24日，由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所牽頭承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——“基于全景組學(xué)解析豬腸道微生物調(diào)控肉質(zhì)性狀形成的遺傳機(jī)制”項(xiàng)目啟動(dòng)并舉行了實(shí)施方案論證會(huì)。

另辟蹊徑探索肉質(zhì)性狀遺傳改良新路徑

“國(guó)內(nèi)外以往在肉質(zhì)性狀方面的研究主要從宿主的基因入手，雖然取得了一些進(jìn)展，卻不能很好闡明肉質(zhì)性狀形成的機(jī)制。微生物作為宿主的第二基因組，數(shù)量龐大、種類繁多，它們定植于宿主體內(nèi)，在調(diào)節(jié)宿主生理機(jī)能、代謝和免疫功能等方面發(fā)揮著非常重要的作用，是影響豬健康和重要經(jīng)濟(jì)性狀表型的重要因素之一?！表?xiàng)目負(fù)責(zé)人、湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所研究員喬木介紹，通過(guò)研究腸道微生物對(duì)動(dòng)物肌肉發(fā)育和脂肪沉積的影響，可以為肉質(zhì)性狀遺傳改良提供新思路和新路徑。

豬肉是我國(guó)居民日常生活“肉盤子”中不可或缺的產(chǎn)品，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及人民生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)于優(yōu)質(zhì)豬肉的市場(chǎng)需求激增，而如何有效提高豬肉的品質(zhì)也成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，有研究發(fā)現(xiàn)，在分別將金華豬和長(zhǎng)白豬的糞菌移植至小鼠腸道中后,與長(zhǎng)白豬糞菌受體小鼠相比,金華豬糞菌受體小鼠血清中甘油三酯和脂蛋白脂肪酶活性顯著增加,并且肌肉中脂肪代謝相關(guān)分泌蛋白angiopoietin-like4顯著上調(diào)。而脂肪型豬的菌群移植使得無(wú)菌小鼠肌肉中肌球蛋白重鏈7基因表達(dá)水平升高，肌球蛋白重鏈4基因表達(dá)水平降低,導(dǎo)致小鼠慢肌纖維的比例增多而快肌纖維的比例減少。這兩項(xiàng)研究分別表明腸道微生物可以影響脂質(zhì)代謝，而腸道菌群可以影響肌纖維類型轉(zhuǎn)化。

據(jù)了解，肌纖維直徑、肉色和肌內(nèi)脂肪（Intramuscular Fat，IMF）含量等是影響豬肉品質(zhì)的重要因素。其中，IMF是指沉積在肌束和肌纖維之間的脂肪，一定程度上決定了肉的嫩度、風(fēng)味和多汁性，是影響豬肉品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。目前已知IMF在改善肉質(zhì)方面主要有兩種途徑，一是在肌內(nèi)脂肪氧化時(shí)通過(guò)溶解肌纖維束來(lái)提高肉的嫩度和多汁性；二是當(dāng)肌內(nèi)脂肪中含有較高水平的磷脂時(shí)，通過(guò)美拉德反應(yīng)產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)，進(jìn)而改善肉質(zhì)的口感。因此，通過(guò)研究腸道微生物對(duì)脂質(zhì)代謝的影響，以及腸道菌群對(duì)肌纖維類型轉(zhuǎn)化的影響，可以幫助人們對(duì)肉質(zhì)性狀的形成具有更加深入的了解。

當(dāng)前，有關(guān)腸道微生物的研究正引起越來(lái)越多研究者的關(guān)注，但在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)還存在很多亟待解決的問題。喬木表示，目前在關(guān)于腸道微生物的研究上，主要面臨四方面問題：一是以往對(duì)于豬腸道微生物與宿主性狀相關(guān)性研究主要圍繞微生物的空間變化和結(jié)構(gòu)組成，以及微生物功能挖掘等方面，沒有考慮到二者的互作關(guān)系。二是在樣本采集方面通常是采集糞便，糞便樣本雖然能在某種意義上作為全腸道內(nèi)容物的代表，但由于各腸段中微生物的結(jié)構(gòu)組成和功能作用又有顯著的差異，這意味著使用糞便取代腸道內(nèi)容物作為樣本進(jìn)行研究存在著局限性。三是目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)多采用不同品種豬進(jìn)行對(duì)比，不能在實(shí)驗(yàn)中完全消除遺傳背景的差異。四是在微生物篩選方面，大多采用16s rDNA的方法，只能測(cè)到屬的水平，不能具體到種的水平，且不能反應(yīng)基因表達(dá)的差異。

基于上述問題，喬木帶領(lǐng)項(xiàng)目成員從不同發(fā)育階段，不同部位入手，開展多組學(xué)聯(lián)合，全面解析宿主基因與功能菌群及其代謝物在肌肉和脂肪的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的動(dòng)態(tài)互作機(jī)制，從分子層面精細(xì)繪制豬肌肉發(fā)育及肌內(nèi)脂肪沉積的宿主基因-代謝物-微生物動(dòng)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜，全景式解析豬肉質(zhì)性狀分子特征特性及遺傳機(jī)制。由于肉質(zhì)性狀需要屠宰測(cè)定，難以進(jìn)行活體測(cè)定，使得遺傳改良進(jìn)展緩慢，亟需能有效提高選育準(zhǔn)確性和育種效率的育種新技術(shù)。針對(duì)這一情況，項(xiàng)目組創(chuàng)建基于微生物、代謝標(biāo)記物、基因組為一體的豬肉質(zhì)性狀活體評(píng)估模型，在經(jīng)歷一系列科技攻關(guān)后，實(shí)現(xiàn)了肉質(zhì)性狀的早期、快速、精準(zhǔn)的活體評(píng)估，進(jìn)一步豐富了肉質(zhì)性狀遺傳基礎(chǔ)研究，為肉質(zhì)性狀遺傳改良提供理論與技術(shù)支撐，對(duì)優(yōu)質(zhì)豬產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。

“硒都黑豬”

目前，“硒都黑豬”豬種已通過(guò)國(guó)家畜禽新品種審定，實(shí)現(xiàn)了湖北省30多年來(lái)生豬國(guó)審品種“從0到1”的重大突破，在襄陽(yáng)市、恩施土家族苗族自治州、神農(nóng)架林區(qū)等地得到示范推廣，形成年出欄10萬(wàn)頭的優(yōu)質(zhì)黑豬繁育體系,是優(yōu)質(zhì)黑豬養(yǎng)殖及高端優(yōu)質(zhì)豬肉生產(chǎn)首選種源。

自主培育奠定項(xiàng)目開展堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

“在豬種選取上，我們以國(guó)審生豬新品種‘硒都黑豬’為研究對(duì)象，對(duì)其腸道功能微生物在肉質(zhì)性狀方面的相關(guān)影響進(jìn)行研究鑒定，并構(gòu)建肉質(zhì)性狀活體估測(cè)模型，豐富肉質(zhì)性狀遺傳基礎(chǔ)研究，為肉質(zhì)性狀遺傳改良提供理論與技術(shù)支撐。”喬木介紹，該豬種前后歷經(jīng)12年科研攻關(guān)，最終通過(guò)以全基因組育種為核心的“4.0”生物育種技術(shù)培育而成，是國(guó)內(nèi)首個(gè)完全利用自有資源培育的優(yōu)質(zhì)豬新品種，為項(xiàng)目的順利開展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

豬種選取是關(guān)系項(xiàng)目最終成果的重要基礎(chǔ)條件，為保障研究順利進(jìn)行，喬木和組內(nèi)成員以團(tuán)隊(duì)自主培育的國(guó)審生豬新品種“硒都黑豬”為研究對(duì)象。該品種以湖北省地方豬種——恩施黑豬為基礎(chǔ)，引入梅山豬和湖北白豬等遺傳資源，充分結(jié)合了恩施黑豬適應(yīng)性強(qiáng)、病少好養(yǎng)、肉質(zhì)優(yōu)良，梅山豬繁殖性能好，以及湖北白豬生長(zhǎng)速度快、瘦肉率高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)湖北省特殊的高（低）溫高濕環(huán)境以及山區(qū)環(huán)境表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。目前，該豬種已通過(guò)國(guó)家畜禽新品種審定，實(shí)現(xiàn)了湖北省30多年來(lái)生豬國(guó)審品種“從0到1”的重大突破，在襄陽(yáng)市、恩施土家族苗族自治州、神農(nóng)架林區(qū)等地得到示范推廣，形成年出欄10萬(wàn)頭的優(yōu)質(zhì)黑豬繁育體系,是優(yōu)質(zhì)黑豬養(yǎng)殖及高端優(yōu)質(zhì)豬肉生產(chǎn)首選種源。

“‘硒都黑豬’瘦肉率53.12±2.34%，肌內(nèi)脂肪含量3.45±0.32%，是肉質(zhì)好、蓄脂能力強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)豬種。我們?cè)谂嘤^(guò)程中，創(chuàng)新建立了以整合先驗(yàn)信息的基因組選擇為核心的‘表型精準(zhǔn)測(cè)定+多組學(xué)信息挖掘+遺傳評(píng)定信息分析’優(yōu)質(zhì)豬高效育種技術(shù)體系，為優(yōu)質(zhì)豬育種提供了理論與技術(shù)支撐?！眴棠窘榻B，“硒都黑豬”在品種培育過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了多方面創(chuàng)新，這也是它能夠作為項(xiàng)目研究對(duì)象的重要原因。

自2022年5月申報(bào)以來(lái)，項(xiàng)目組先后進(jìn)行了預(yù)申報(bào)、正式申報(bào)、答辯等各項(xiàng)流程，最終成功獲批立項(xiàng)。作為“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，項(xiàng)目經(jīng)歷了嚴(yán)格細(xì)致的申報(bào)審批環(huán)節(jié)，建立了項(xiàng)目主持人和任務(wù)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)制、目標(biāo)責(zé)任制、動(dòng)態(tài)管理機(jī)制和成果權(quán)益分享機(jī)制等科學(xué)合理的管理機(jī)制，全力保障項(xiàng)目高質(zhì)量實(shí)施。目前，項(xiàng)目已經(jīng)順利啟動(dòng)，并參加了“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃生豬種業(yè)融合創(chuàng)新共同體交流會(huì)議，喬木及組內(nèi)成員在會(huì)上就項(xiàng)目的目的意義、研究?jī)?nèi)容、管理方案與下一步工作計(jì)劃等進(jìn)行了匯報(bào)。喬木表示，針對(duì)與肉質(zhì)性狀相關(guān)的腸道微生物挖掘、鑒定與功能驗(yàn)證是本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過(guò)團(tuán)隊(duì)成員的不懈努力，目前已積累的腸道微生物分離鑒定經(jīng)驗(yàn)，能夠保障項(xiàng)目的順利實(shí)施。接下來(lái)，將進(jìn)一步加強(qiáng)項(xiàng)目管理，加大人才培養(yǎng)，提高經(jīng)費(fèi)使用監(jiān)管力度，積極推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)度，努力把項(xiàng)目做深做強(qiáng)。

作為青年科學(xué)家項(xiàng)目，喬木此次獲得的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目資助，也是湖北省屬單位青年科學(xué)家首次獲批立項(xiàng)。喬木表示“國(guó)家通過(guò)這一系列政策、項(xiàng)目和基金的支持，讓青年科學(xué)人員邁上了更加廣闊的舞臺(tái)，進(jìn)一步增強(qiáng)了科研自信。項(xiàng)目成員將持續(xù)圍繞國(guó)家需求，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，不斷為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量?！?/p>