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    找到“密碼本”讓豬肉更好吃
          
    原發表日期: 2021-06-29  文章來源: 中國科學報  
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    榮昌豬的手繪圖 金龍供圖

     

    ■本報記者 張晴丹 通訊員 張喆

    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,而科研人員則瞄準對豬經濟性狀的一些分子機制的挖掘,實現肉質的自主調控?,F在炒回鍋肉多用五花肉,也許以后用背脊肉也可以達到同樣的口感。

    近日,四川農業大學動物科技學院豬遺傳育種團隊在《自然—通訊》上在線發表了研究論文,構建了豬47種不同部位完整骨骼肌的基因表達圖譜,并且采用了空間轉錄組技術,從單肌纖維水平揭示了豬肉質性狀形成的基因表達調控分子機理等。

    該研究為下一步分子育種的開展提供了重要基礎數據和理論支撐,同時也為促進豬作為人類生物學和疾病的生物學模型奠定了基礎。

    地方豬種是天然的基因庫

    我國是世界第一養豬大國,全國生豬存欄、出欄和豬肉產量均居世界第一,占我國肉類總產量的一半以上。加之幅員遼闊,在極為復雜的生態條件和社會經濟條件影響下,逐漸形成了具有不同遺傳特性和生產性能的家豬品種。

    以四川為例,四川是全國養豬大省,2020年出欄量達5614.4萬頭,居全國第一。而且,四川養豬歷史悠久,地方豬種資源豐富,主要有成華豬、內江豬、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,具有環境適應性強、耐粗放管理、抗病性強、繁殖力高、肉質好、風味獨特、口感尤佳等特點。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,是進行雜種優勢利用和進一步培育“高產、優產”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、四川農業大學動物科技學院副教授金龍在接受《中國科學報》采訪時表示。

    如何充分科學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脂肪含量,以確保肉質優良,是當前農業動物育種領域關注的熱點和難點。

    為此,研究團隊在十多年來開展豬經濟性狀分子機制挖掘的基礎上繼續發力,利用前沿技術開啟了一系列攻堅克難的研究工作,為地方豬種資源的保護與利用提供更堅實的理論基礎。

    繪制精細基因轉錄調控圖譜

    近年來,高通量測序技術的飛速發展、測序成本的下降開啟了生命科學領域大數據時代的篇章。2015年,動物基因組功能注解計劃(FAANG)正式啟動,其主要目標是全面而完善地注解家養動物基因組中的功能元件,該項目的啟動凸顯了農業動物領域相關研究至關重要。

    “目前,在序列水平上,豬已經有了和人類一樣高質量的基因組。但遺憾的是,豬參考基因組各類功能調控元件注釋尚不完善。這些基因組只有序列,相當于只拿到了一套‘密碼’,沒有‘密碼本’,我們就永遠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、四川農業大學教授唐茜子在接受《中國科學報》采訪時解釋道。

    這在一定程度上制約了豬的重要經濟性狀(特別是肉質性狀)形成機制的進一步挖掘。

    此次研究在現有豬參考基因組基礎上,補充完善注釋了大量調控性轉錄本,包括19072個lncRNA(長鏈非編碼RNA)、2440個TUCPs(未知編碼潛能轉錄本)、48232個circRNAs(環狀RNA)和1245個miRNA(小RNA)。同時采用高通量染色質空間構象捕獲技術(Hi-C)重構了豬脂肪組織的三維基因組空間結構,在二維的“線性”基礎上,提供了基因調控的三維“空間”信息,為下一步分子育種的開展提供了重要基礎數據和理論支撐。

    “這就相當于你要了解一個地方,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,這項研究是緊隨FAANG計劃的重要工作,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的指標中,以肌纖維類型組成和肌內脂肪含量最為重要,而這兩者間有著緊密的關聯。”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。

    該研究特別針對豬重要經濟性狀——骨骼肌生長開展研究。骨骼肌是動物軀體最重要的組成部分,占到產肉動物體重的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肉動物肌肉品質的重要因素之一。

    過去的大量研究通常將多種骨骼肌視作同一類組織,關于不同部位骨骼肌的遺傳和轉錄調控特性并未有精細、深入的探究。此次研究進一步完整構建了從頭部、前肢、軀干到后肢,共47種不同解剖學部位骨骼肌的精細基因轉錄調控圖譜,并明確了其在能量代謝、肌纖維組成及脂質沉積方面的分子調控差異,將會為農業動物產肉性狀提供重要指導。

    理想的模式動物

    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物,豬在人類攻克疾病研究領域發揮著越來越重要的作用,特別是在人類疾病模型、藥效學、異種細胞和器官移植等方面。

    “比如研究人類肥胖癥發生機制和開發治療的藥物,通常就把豬作為肥胖模型,因為豬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學模型是小鼠,因為小鼠的世代間隔比較短,在進化距離上離人類稍微近一點,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業動物和代謝相關疾病模式動物的代表性,在四川省人民醫院教授李貴森的協助下,該研究還同時比較了豬與人及其他模式動物基因轉錄調控模式的差異,從啟動子—增強子互作這一典型的染色質空間構象的角度揭示了物種間差異轉錄的調控機理,明晰了大量豬特異性基因調控模式。

    “隨著這方面研究的繼續深入,也許以后豬不只用于吃肉,還可以更多地用于醫學相關研究。對于豬的產業發展來說,也是一條值得探索的道路。”金龍表示。

    相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-021-23560-8

    《中國科學報》 (2021-06-29 第3版 農業科技)

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