作者:马海明等 来源:《分子生态学资源》 发布时间:2021/11/29 15:19:19
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宁乡猪有了“身份证”
 
 
有上千年饲养历史的中国四大名猪之一宁乡猪,终于有了“身份证”!
 
近日,《分子生态学资源》发表了题为“采用第三代长读长测序技术从头组装宁乡猪基因组及筛选脂肪代谢遗传变异”的研究论文。该研究绘制了高精度宁乡猪基因组图谱,揭示了宁乡猪基因组内丰富的遗传变异和肉质优异性状的遗传基础,意味着宁乡猪有了“身份证”。
 
溯源:解开宁乡猪好吃的“密码”
 
宁乡猪产于湖南宁乡市流沙河和草冲区域,以肉质鲜嫩、多汁、风味独特和不饱和脂肪酸含量高而著称。宁乡猪产业是宁乡市经济发展的主导产业之一,2020年,该市出栏花猪32万头,一二三产业综合产值35亿元。
 
“宁乡花猪很好吃,产业发展也越来越好,但大家不知道宁乡猪到底好在哪里。”该论文第一作者、湖南农业大学动物科学技术学院教授马海明表示,要搞懂这个问题,只能从研究其基因入手。
 
 
宁乡花猪 曾清华供图
 
在此之前,宁乡猪没有自己的基因组图谱,而是借用一个外来品种的基因图谱,两者差异很大,可以说是“货不对板”。“这一定程度上制约了宁乡猪产业的发展。”马海明说。2016年,这项基础性研究正式启动。
 
大量研究表明,中国地方猪种的基因多样性高于欧洲猪种,而中外猪种在脂肪沉积和脂肪酸含量方面存在着显著差异。为此,该项研究还额外采了8个中国地方猪种的耳样进行了重测序做基因分析。“采样过程充满艰辛,很多地方猪种存量很少,农户不愿意让团队采样。”马海明说,团队先后到湖南、重庆、广西和云南四地采样,花了近半年时间。
 
有了采样基础,团队采用单分子实时测序、空间三维基因组学等技术,对宁乡猪的遗传基因组进行了分析,组装了高精度的宁乡猪基因组,注释了20912个蛋白编码基因和34.04 %的重复序列,筛选出了显著影响宁乡猪肉质的相关基因。
 
“这意味着我们摸清了宁乡猪的主要遗传特性,掌握了高精度宁乡猪基因组图谱,也就提供了解开宁乡花猪好吃的‘密码’的钥匙。”马海明说,此前业界做过针对地方猪繁殖性状的基因组图谱,我们的图谱针对肉质而做,基因分辨率高于此前的研究。
 
湖南省生猪产业体系岗位专家、湖南农业大学动物科学技术学院教授贺建华是该研究论文最后通讯作者,他表示,现在市面上很多餐饮企业都广泛使用宁乡花猪肉,但这些猪肉的真假难以鉴别。团队将在基因组图谱的基础上,进一步开发宁乡猪肉鉴别试剂盒,让普通民众能简单、快速地鉴别宁乡花猪肉的真假。
 
发现:不同日龄段宁乡猪基因有差异
 
动物出生后,肌肉的生长发育主要表现为肌细胞生长与肥大,肌纤维数量却很少发生变化。目前,猪肉是人类获得动物性蛋白的主要来源。猪背最长肌是评价猪肉品质的主要部位。
 
该研究通过三代测序技术,获得了高质量的宁乡猪全基因组序列,其基因组组装大小为2.438 G,具有contig N50和contig的分别为26.1 Mb和139.033 Mb,通过Hi-C技术挂载到19个染色体上;通过对宁乡猪的肌肉组织、脂肪组织和肝脏组织转录组中信使核糖核酸(mRNA)与长链非编码RNA(lncRNA)分析,发现其在不同日龄段基因差异表达模式不同。
 
贺建华介绍,团队选择与同一头公猪配种的四头母猪后代,分别在30日龄、90日龄、150日龄、210日龄进行研究,每个时间点选择其中的一头母猪所产的3头雄性仔猪进行屠宰采样,每个时间点选的3头宁乡猪为全同胞,不同时间点之间为半同胞关系,共计12头。
 
在背最长肌的四个发育阶段,研究团队通过对6个组两两比较总共鉴定了7641个差异mRNA和510个差异lncRNA。在DEmRNA中,30日龄与90日龄中的差异mRNA数量最少,90日龄与210日龄之间的差异mRNA数量最多;在DElncRNA中,30日龄与90日龄差异lncRNA数量最少,30日龄与210日龄差异lncRNA数量最多。
 
为更好地研究宁乡猪肌肉在发育过程中差异基因的潜在功能,团队以30日龄为参照,构建了90日龄、150日龄、210日龄3个封闭组。结果显示,与30日龄相比,90日龄中394个基因上调,主要富集于小分子代谢过程、脂质代谢过程、脂肪细胞分化等;150日龄中有1652个基因上调,主要富集于核酸结合、核酸酶活性和核酸内切酶活性等;210日龄中2218个基因上调,主要富集于转移酶活性等。
 
“我们通过使用最新的三代测序技术,首次获得了宁乡猪的全基因组图谱;通过三代全基因组数据注释了宁乡猪转录基因和lncRNA信息,首次利用全转录组学研究方法,利用二代测序平台分析了宁乡猪背最长肌组织、背部皮下脂肪组织以及肝脏组织,以此研究宁乡猪在不同发育阶段与脂质代谢相关的基因对发育的调控。”马海明表示。
 
 
宁乡花猪 曾清华供图
 
攻坚:掌握宁乡猪肉质变化规律
 
“基因组图谱绘制完成,意味人类更进一步认识了延续千年的宁乡花猪,这是一个历史突破。”湖南省养猪协会副会长、宁乡花猪产业发展协会会长李述初说。
 
他表示,传统育种方式育种至少要花八至十年,这一成果不仅可让育种时间缩短一半,还能很好地指导宁乡猪新品种种质资源创新研究工作,帮助大家进一步挖掘其优异基因,育出肉质更佳和经济效益更高的猪种,这对有“熊猫猪”之称、曾几近濒临灭绝的宁乡猪产业发展意义重大。
 
“目前我们做的研究仍不够,比如,此次转录组测序研究中,仍然存在少量的mRNA没有功能注释,需要确定这些mRNA的功能;通过转录组测序分析,获得了大量的新鉴定的lncRNA及其预测的靶基因,需要进一步在功能性方面验证新lncRNA的作用;需要进一步对可能存在ceRNA关系的lncRNA-miRNA-mRNA对进行作用机制上的验证。”马海明表示,团队未来将通过深入研究,逐步掌握宁乡猪在不同生长阶段肉质的变化规律。
 
马海明表示,红色原鸡、山羊以及一些水产物种的基因组研究已开展得比较多,随着越来越多的科研工作者参与农业动物基因组学研究,未来他们将绘制更多的农业动物基因组图谱,这不仅会促进相关农业产业更高效发展,还会帮助人类更深入地了解、认识这些物种的生长发育规律。
 
来自湖南农业大学动物科学技术学院、武汉希望组生物科技有限公司、中国科学院亚热带农业生态研究所、宁乡市畜牧局、湖南楚沩香生物科技有限公司、美国爱荷华州立大学自然资源生态与管理系的20名科研工作者参与了此项研究。(来源:中国科学报 王昊昊)
 
 
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