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我科学家揭示藏猪与家猪“基因密码”

2013-10-29 09:17 李明洲、李学伟 四川农业大学 阅读 0
核心摘要: 四川农业大学研究团队通过高通量基因测序和生物信息分析,揭示了藏猪与家猪的基因组差异。研究发现,藏猪进化出268个高海拔适应性基因,而家猪通过人工选择获得516个与肌肉生长、脂肪沉积等相关的基因,证明人工驯化比自然进化更能改变基因组。该研究还首次从基因组水平证实四川盆地是末次冰盛期的生物避难所,为猪育种、人类高原疾病模型及防晒化妆品研发提供了重要参考。

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。

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