猪骨骼肌生长和脂肪发育及分布相关功能基因和调控元件的筛选、鉴定和育种价值评估

Pork is the main variety of meat consumption. However, the utilization of our domestic pig breeds are stuck due to their slow-growing characteristic, which all attributed by our poor understanding of the underling mechanism of muscle and adipose development and distribution. Considering the current challenge to accelerate development of pig breeding, we felt the importance of further mining and evaluation of functional genes and complicated pathway that determine muscle growth and adipogenesis. Herein, we perform the comparative genomics, transpcritome analysis, epigenetics and proteomics analysis between the wild boars and domesticated pigs, also among different domestic pig breeds during different development stages. We try to discovery the key genes and main molecular pathways. Then, the function of these candidate genes should be validated by over- and suppressive expression experiment. Furthermore, we perform the in vivo injection and use the transgenic mice to determine the potential breeding valuation of these genes. Our results will provide the new gene resource for pig molecular breeding, improve our understanding of the regulation system of muscle and adipose development. We envision that comprehensively uncovering the molecular mechanism of porcine muscle and adipose will be an important step forward for maximizing the economic benefits in producing high quality pork products for the benefit of human society.

我国地方猪种遗传资源利用匮乏，严重影响了高产优质猪肉生产的可持续发展，究其根本原因为对我国地方品种的主要肉质性状（肌肉生长和脂肪沉积）的基本分子决定机制不甚了解，在猪分子育种改良上缺乏突破口。本课题针对这一畜牧学界亟待解决的问题，拟对猪肌肉生长和脂肪发育分子机制展开全面深入的研究。通过比较家猪和野猪及不同品种家猪的基因组、转录组、表观组和蛋白组，涉及猪的不同发育阶段，全面、多维度的揭示猪骨骼肌和脂肪的发育及分布规律，消除单组学研究方法带来的假阳性和假阴性，筛选重要的功能基因和调控元件，并通过细胞水平验证、活体动物验证、构建动物模型等进一步确定这些基因的功能，评估其潜在的育种价值。本课题的相关结果将为深刻理解猪经济性状的分子调控机制提供新思路和视野,为综合利用我国地方猪品种资源和优质高效新品系的培育提供大量基础数据和基因资源，并有望在相关领域产生重要影响。

我国地方猪种遗传资源利用匮乏，根本原因是对我国地方品种的主要肉质性状（肌肉生长和脂肪沉积）的基本分子决定机制不甚了解。本课题针对这一畜牧学界亟待解决的问题，我们通过对10个欧亚猪种个体进行全基因组测序，采用了一个相对于纯合SNP密度（RSD）的算法鉴定出了长度在20kb和150kb之间的493个独立的基因组受选择区域（总长20.10 Mb，包含了308个基因）（FDR < 0.05）。有9个基因和6个基因存在或者临近与脂肪性猪种--荣昌猪和金华猪受选择的区域，并且与哺乳动物中已有注释的与脂肪沉积相关的基因是直系同源关系，包括采食量的调控因子和能量动态平衡因子(CEP120, GABRA2, NPPA, NPY1R, NYP5R)，脂质代谢(ABCC4, ANGPT2, LRPAP1 and PRKAG2)，肥胖诱导的高血压指示因子，炎症信号通路和胰岛素抵抗信号通路(ADD1, HSPD1, MMP2, PIK3R4, RAE1 and TBCA)。利用RNA-seq技术分别对3头荣昌猪和3头亚洲野猪的皮下脂肪组织和背最长肌进行转录组测序，对差异mRNA进行功能富集分析，发现荣昌猪和亚洲野猪的脂肪组织之间差异表达mRNA主要富集与免疫相关代谢、肌原纤维形成、糖分解代谢等生物学过程。同时，荣昌猪和亚洲野猪的肌肉组织之间的差异mRNA主要富集于甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、糖代谢、细胞骨架形成等生物学过程。通过小鼠成肌细胞C2C12及小鼠前体脂肪细胞3T3-L1进行相关功能的验证，同时利用CRIPSR-Cas9基因编辑系统制备PTRF 单/双敲除及PTRF mRNA编码序列单/双拷贝插入的基因编辑小鼠，进行表型测定分析及相关基因的验证。课题执行期间发表标注SCI论文33篇，申请发明专利5项，软件专著2项。对照课题任务书，课题组圆满完成了任务书规定的所有研究任务。