豬身上的肉有肥有瘦，口感也各不相同，比如有前腿肉、五花肉、里脊肉、坐臀肉等，人們追求的是美味食物，而科研人員則瞄準(zhǔn)對(duì)豬經(jīng)濟(jì)性狀的一些分子機(jī)制的挖掘，實(shí)現(xiàn)肉質(zhì)的自主調(diào)控?，F(xiàn)在炒回鍋肉多用五花肉，也許以后用背脊肉也可以達(dá)到同樣的口感。
近日，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院豬遺傳育種團(tuán)隊(duì)在《自然—通訊》上在線發(fā)表了研究論文，構(gòu)建了豬47種不同部位完整骨骼肌的基因表達(dá)圖譜，并且采用了空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，從單肌纖維水平揭示了豬肉質(zhì)性狀形成的基因表達(dá)調(diào)控分子機(jī)理等。
該研究為下一步分子育種的開展提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐，同時(shí)也為促進(jìn)豬作為人類生物學(xué)和疾病的生物學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。
地方豬種是天然的基因庫
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，占我國肉類總產(chǎn)量的一半以上。加之幅員遼闊，在極為復(fù)雜的生態(tài)條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件影響下，逐漸形成了具有不同遺傳特性和生產(chǎn)性能的家豬品種。
以四川為例，四川是全國養(yǎng)豬大省，2020年出欄量達(dá)5614.4萬頭，居全國第一。而且，四川養(yǎng)豬歷史悠久，地方豬種資源豐富，主要有成華豬、內(nèi)江豬、雅南豬、烏金豬(涼山豬)、盆周山地豬(青峪豬和丫杈豬)以及藏豬共6個(gè)代表性品種。
這些品種與國外培育出的一些專門化家豬品種或品系相比，具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、耐粗放管理、抗病性強(qiáng)、繁殖力高、肉質(zhì)好、風(fēng)味獨(dú)特、口感尤佳等特點(diǎn)。在科研人員眼里，這些各具特色的地方品種是一座天然的基因庫，是進(jìn)行雜種優(yōu)勢利用和進(jìn)一步培育“高產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)”品種的良好原始材料。
“但是，與外國豬相比，我國地方豬種的生長速度慢、瘦肉率低。”該論文第一作者、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院副教授金龍?jiān)诮邮堋吨袊茖W(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。
如何充分科學(xué)利用我國豐富的地方豬種資源，培育兼顧生長性能和瘦肉率的新品種(系)，特別是在低背膘厚前提下維持合適的肌內(nèi)脂肪含量，以確保肉質(zhì)優(yōu)良，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)動(dòng)物育種領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
為此，研究團(tuán)隊(duì)在十多年來開展豬經(jīng)濟(jì)性狀分子機(jī)制挖掘的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)力，利用前沿技術(shù)開啟了一系列攻堅(jiān)克難的研究工作，為地方豬種資源的保護(hù)與利用提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
繪制精細(xì)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控圖譜
近年來，高通量測序技術(shù)的飛速發(fā)展、測序成本的下降開啟了生命科學(xué)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)時(shí)代的篇章。2015年，動(dòng)物基因組功能注解計(jì)劃(FAANG)正式啟動(dòng)，其主要目標(biāo)是全面而完善地注解家養(yǎng)動(dòng)物基因組中的功能元件，該項(xiàng)目的啟動(dòng)凸顯了農(nóng)業(yè)動(dòng)物領(lǐng)域相關(guān)研究至關(guān)重要。
“目前，在序列水平上，豬已經(jīng)有了和人類一樣高質(zhì)量的基因組。但遺憾的是，豬參考基因組各類功能調(diào)控元件注釋尚不完善。這些基因組只有序列，相當(dāng)于只拿到了一套‘密碼’，沒有‘密碼本’，我們就永遠(yuǎn)無法獲知基因組每段序列代表什么意思、具有什么功能。”該論文通訊作者、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)教授唐茜子在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)解釋道。
這在一定程度上制約了豬的重要經(jīng)濟(jì)性狀(特別是肉質(zhì)性狀)形成機(jī)制的進(jìn)一步挖掘。
此次研究在現(xiàn)有豬參考基因組基礎(chǔ)上，補(bǔ)充完善注釋了大量調(diào)控性轉(zhuǎn)錄本，包括19072個(gè)lncRNA(長鏈非編碼RNA)、2440個(gè)TUCPs(未知編碼潛能轉(zhuǎn)錄本)、48232個(gè)circRNAs(環(huán)狀RNA)和1245個(gè)miRNA(小RNA)。同時(shí)采用高通量染色質(zhì)空間構(gòu)象捕獲技術(shù)(Hi-C)重構(gòu)了豬脂肪組織的三維基因組空間結(jié)構(gòu)，在二維的“線性”基礎(chǔ)上，提供了基因調(diào)控的三維“空間”信息，為下一步分子育種的開展提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。
“這就相當(dāng)于你要了解一個(gè)地方，拿3D圖與拿平面照片相比，前者肯定更清楚更具參考意義。”金龍說。
唐茜子指出，這項(xiàng)研究是緊隨FAANG計(jì)劃的重要工作，完善了大量豬基因組中的注釋信息，意義非凡。
“在眾多影響豬肉品質(zhì)的指標(biāo)中，以肌纖維類型組成和肌內(nèi)脂肪含量最為重要，而這兩者間有著緊密的關(guān)聯(lián)。”在金龍看來，他們以我國地方豬種“榮昌豬”為材料開展的這一研究正好揭示了豬肉好吃的秘密。
該研究特別針對(duì)豬重要經(jīng)濟(jì)性狀——骨骼肌生長開展研究。骨骼肌是動(dòng)物軀體最重要的組成部分，占到產(chǎn)肉動(dòng)物體重的40%左右。肌纖維作為骨骼肌的主要組成單元，分為慢速氧化型(I型)、快速氧化型(IIa型)、快速酵解型(IIb型)與中間型(IIx型)4種，其類型的差異是影響產(chǎn)肉動(dòng)物肌肉品質(zhì)的重要因素之一。
過去的大量研究通常將多種骨骼肌視作同一類組織，關(guān)于不同部位骨骼肌的遺傳和轉(zhuǎn)錄調(diào)控特性并未有精細(xì)、深入的探究。此次研究進(jìn)一步完整構(gòu)建了從頭部、前肢、軀干到后肢，共47種不同解剖學(xué)部位骨骼肌的精細(xì)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控圖譜，并明確了其在能量代謝、肌纖維組成及脂質(zhì)沉積方面的分子調(diào)控差異，將會(huì)為農(nóng)業(yè)動(dòng)物產(chǎn)肉性狀提供重要指導(dǎo)。
理想的模式動(dòng)物
除了作為食物，豬還有更重要的用途。作為最接近人類的模式動(dòng)物，豬在人類攻克疾病研究領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，特別是在人類疾病模型、藥效學(xué)、異種細(xì)胞和器官移植等方面。
“比如研究人類肥胖癥發(fā)生機(jī)制和開發(fā)治療的藥物，通常就把豬作為肥胖模型，因?yàn)樨i的一些代謝生理特征與人很像。”金龍舉例。
“之前普遍用的生物醫(yī)學(xué)模型是小鼠，因?yàn)樾∈蟮氖来g隔比較短，在進(jìn)化距離上離人類稍微近一點(diǎn)，但是有些基因無法在小鼠上造模，只有豬才能造模。不僅如此，豬還是很好的潛在器官供體，就心臟而言，豬的心臟與人的心臟在大小、重量上都非常接近。”唐茜子介紹。
為充分明確豬作為重要農(nóng)業(yè)動(dòng)物和代謝相關(guān)疾病模式動(dòng)物的代表性，在四川省人民醫(yī)院教授李貴森的協(xié)助下，該研究還同時(shí)比較了豬與人及其他模式動(dòng)物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式的差異，從啟動(dòng)子—增強(qiáng)子互作這一典型的染色質(zhì)空間構(gòu)象的角度揭示了物種間差異轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)理，明晰了大量豬特異性基因調(diào)控模式。
“隨著這方面研究的繼續(xù)深入，也許以后豬不只用于吃肉，還可以更多地用于醫(yī)學(xué)相關(guān)研究。對(duì)于豬的產(chǎn)業(yè)發(fā)展來說，也是一條值得探索的道路。”金龍表示。
