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我科学家揭示藏猪与家猪“基因密码”

来源:科技日报
摘要:四川农业大学27日宣布,该校科研人员通过高通量基因测序及生物信息分析,已完成对藏猪特有高原环境适应性分子机理及家猪人工驯化、育种后的基因解析、对比,从基因组学领域有力证明人工驯养、塑造、改良家养动物的能力强于自然进化的选择。由川农大作为第一单位,该校动物科技学院李明洲、李学......

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  四川农业大学27日宣布,该校科研人员通过高通量基因测序及生物信息分析,已完成对藏猪特有高原环境适应性分子机理及家猪人工驯化、育种后的基因解析、对比,从基因组学领域有力证明人工驯养、塑造、改良家养动物的能力强于自然进化的选择。相关研究已发表在国际知名刊物《自然遗传学》杂志上。

  藏猪主产于我国青藏高原,具有极强恶劣高寒天气适应能力。由川农大作为第一单位,该校动物科技学院李明洲、李学伟为第一作者和通讯作者的论文,通过对我国6个代表性藏猪品种、四川盆地4个特有地方猪种的基因测序和生物分析发现,家猪和藏猪的祖先早在690万年前开始“分支”进化,早于人类和黑猩猩。通过基因组分析发现,藏猪尽管拥有268个心肺发育、高原病抵抗、高紫外线保护等高海拔适应性快速进化基因,但远低于家猪通过人工强烈选择形成的肌肉生长、脂肪沉积、免疫等基因516个,证明了与前者数百万年漫长进化形成的特殊基因组相比,人类从事农业生产仅9000年以来的人工驯养、改良,更容易改变家养动物的基因组。

  李明洲表示,该研究不仅对养殖、育种领域基础科研作出贡献,还在医学、生物学、遗传学等方面具有一定意义,如发现藏猪嗅觉基因仅752个,远低于家猪的1240个,证实了高海拔环境下动物嗅觉能力失效与基因退化有关。该研究还首次证实,在距今两万年前的末次冰盛期,由于四川盆地地质活动频繁及“胶囊”状特殊地貌,成为野猪、藏猪甚至大熊猫等古生物的“诺亚方舟”。

“首次从哺乳动物基因组水平证明四川盆地曾是冰期生物的‘避难所’。”这是四川农业大学动物科技学院教授李明洲、李学伟,10月27日在《自然-遗传》在线发表的研究论文《比较基因组学鉴定藏猪和家猪的自然和人工选择》的研究成果。

藏猪特有基因有利于猪育种

这项研究发现,与家猪比,藏猪进化出3000多个特有的基因,这些基因主要涉及心肺血液循环系统的发育、疾病的抵抗、高紫外线下的皮肤保护,特别是发现了17个与大肠杆菌感染抵抗相关的基因。

该研究证明藏猪在条件恶劣的高海拔环境下成功繁殖后代的特殊本领。李明洲告诉记者,如把藏猪同其他品种的猪杂交,其杂交品种势必长得更快、疾病更少、饲料利用率更高。

李学伟说,该研究将加速地方优良猪种优良特性的育种技术方案。

对防晒化妆品研发提供借鉴

该论文由四川农业大学主导,联合北京大学、北京诺禾致源公司和重庆畜牧科学院等国内外科研机构合作完成。在李明洲看来,该研究为畜禽果蔬等其它物种的基因研究提供了一个操作模板。基因组重测序将成为育种研究中迅速有效的方法之一,在全基因组水平扫描并检测出与动植物重要性状相关的变异位点,具有学术、科研价值和潜在的产业价值。

该研究还证明,藏猪较家猪而言呈现出更强大的心血管系统,是研究人类高原缺氧性肺动脉高压和充血性心力衰竭理想模型。

这项研究将对防晒化妆品研发提供借鉴。藏猪长期暴露于高强度的紫外线辐射,加速进化出上百个抵抗紫外线损伤细胞DNA复制基因,为深入研究紫外线加速皮肤老化和抗光衰老提供了重要价值线索。

意外证明冰期生物“避难所”

四川为何有大熊猫?这是本次研究的“意外”收获。

研究团队在结合欧洲、亚洲、非洲、东南亚岛屿、我国东南地区的猪群体的基因组数据,进行了比较分析。结果,鉴定出在距今2万年前的末次冰盛期,欧洲和中国东南地区的野猪群体大小急剧下降。而中国西南的四川盆地由于地质活动频繁,四面环山,相对“胶囊”状的地理隔绝,成了冰期时代野猪和藏猪的“诺亚方舟”,其群体大小不降反升。

这是首次从哺乳动物基因组水平证明中国西南,特别是四川盆地作为冰期生物的避难所,是世界范围内生物多样性最为丰富区域之一的有力证据。

光明日报成都10月28日电(记者李晓东通讯员邵明亮)北京时间28日凌晨,由畜牧育种专家、四川农业大学李明洲、李学伟两位教授分别作为第一作者和通讯作者发表的一篇有关高原藏猪基因组研究的学术论文《比较基因组学鉴定藏猪和家猪的自然和人工选择》发表在国际学术杂志《自然-遗传》上,引起了国内畜牧研究界对高原藏猪研究的广泛关注。 

据悉,高原藏猪基因组研究由四川农业大学主导,在“国家转基因生物新品种培育重大专项”和“四川农业大学学科建设双支计划”等课题的资助下,联合北京大学、重庆畜牧科学院等国内外科研机构共同完成。 

藏猪是世界上少有的高原型猪种,有着极强的适应能力和抗逆性,是我国宝贵的地方品种资源。研究通过对6个藏猪群体和4个四川盆地特有家猪品种基因组水平的基因选择性清除分析,鉴定出了大量藏猪高海拔适应性的快速进化基因268个,家猪肌肉生长、脂肪沉积、免疫基因等受到人工强烈选择的基因516个。此结果表明作用时间较短的人工选择反而能够有效地改变和塑造家养动物基因组,充分体现了人类根据自身需要驯养、塑造和改良物种的强大能力。 

与此同时,该研究对促进生猪产业发展意义重大。该研究以藏猪和四川盆地家猪为例,对我国地方优良猪种的主要优良特性进行分子遗传评估,其结果将极大地加速后续建立和利用这些优良特性的育种技术方案,充分挖掘地方猪种蕴藏的丰富优良基因资源,在肉质改善、抗病性、抗逆性和繁殖性能等方面取得新突破,促进我国畜牧业健康持续发展。 

另外,研究发现,与家猪相比,藏猪进化出了3000多个涉及心肺血液循环系统的发育、疾病的抵抗、高紫外线下的皮肤保护等特有基因,对于研究人类高原缺氧性肺动脉高压和充血性心力衰竭、糖尿病、紫外线加速皮肤老化和抗“光衰老”等人类相关疾病的研究提供了重要线索。 

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