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赵建国研究组和金万洙研究组合作PNAS报道:基因编辑技术培育低脂抗寒猪
  发布日期:2017-10-26  |  来源:干细胞与生殖生物学国家重点实验室 动物生态与保护生物学院重点实验室  |      

  在我国,猪肉的消费和生产占有特别重要的地位,生猪饲养量和猪肉消费量均占世界总量的一半左右,2015年中国生猪出栏7亿多头。根据《全国生猪生产发展规划(2016-2020年)》数据显示,育肥猪料肉比降低0.1,全国可以节约600万吨饲料。因此通过基因编辑技术针对影响猪重要经济性状的主效基因进行遗传修饰,可以快速降低猪的脂肪沉积、提高瘦肉率和生产效率,不但能够增加养猪生产的经济效益,还可以满足消费者对于高品质猪肉的需求,促进中国生猪产业的健康发展。

  哺乳动物主要存在两种脂肪:储存能量的白色脂肪和消耗能量的棕色脂肪。很多研究表明,棕色脂肪可以通过消耗能量来维持体温和抵抗肥胖。而解偶联蛋白1(UCP1)是棕色脂肪产热和代谢调节系统的必要条件和关键组分。在进化过程中,现代家猪的祖先在2000万年前就丢失了UCP1基因, 因而也缺少棕色脂肪。这可能是新生仔猪对寒冷环境极其敏感的原因之一。仔猪因寒冷应激造成的死亡,不仅影响了动物福利,更是给寒冷地区的畜牧生产带来了巨大的经济损失。更为重要的是,UCP1的缺失可能和猪易于沉积脂肪也与有关。脂肪的过度沉积会降低饲料报酬,增加生产成本,同时食用高脂肪含量的猪肉也不利于人类健康。

  中国科学院动物研究所赵建国研究员与金万洙研究员以及中国农业科学院北京畜牧兽医研究所王彦芳研究员前期研究合作,发现了抗寒品种猪(藏猪、东北民猪)抵御寒冷应激的分子机制,揭示了UCP3基因 (UCP家族成员)与白色脂肪棕色化对猪能量代谢的重要影响(Lin等,JMCB,2017)1。在此基础上,该科研团队进一步利用CRISPR/Cas9介导的非同源重组整合外源片段的方式,构建了UCP1基因定点(猪内源UCP1假基因位点)敲入猪,实现了UCP1基因在猪白色脂肪组织的特异表达。试验结果表明,UCP1猪在急性冷刺激情况下的体温维持能力显著优于野生型猪,能更好的抵抗寒冷环境。生产性能测定结果显示UCP1转基因猪脂肪率显著降低(减少4.89%),背膘厚度显著降低(减少2.4mm),瘦肉率显著增加(增加3.38%)。进一步对转基因猪进行活动量和代谢率测定,结果表明在正常状态下,UCP1在猪白色脂肪中的表达对猪的生理活动及能量代谢无影响。分子机制解析发现UCP1基因通过促进脂肪水解从而使脂肪沉积减少。

  上述工作确认了猪的内源UCP1基因的缺失,揭示了UCP1基因对猪脂肪代谢的影响机制,发现UCP1在猪的白色脂肪中表达,可以减少脂肪沉积,从而增加瘦肉率,同时提高猪的抗寒能力,为猪的新品种培育提供了良好的素材,也为通过基因编辑技术改良猪的数量性状提供了概念验证。相关论文以题目“Reconstitution of functional UCP1 using CRISPR/Cas9 in the white adipose tissue of pigs decreases fat deposition and improves thermogenic capacity”于2017年10月23日在线发表于PNAS杂志。

  中国科学院动物研究所干细胞与生殖生物学国家重点实验室博士生郑千涛、博士后黄娇娇博士和动物生态与保护生物学重点实验室博士生林骏为共同第一作者, 中国科学院动物研究所赵建国研究员、金万洙研究员和中国农业科学院北京畜牧兽医研究所王彦芳研究员为共同通讯作者。该课题得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家转基因专项、国家自然科学基金、国家基础研究计划和863计划等项目的资助。

  文章发表后得到了国内外媒体的广泛关注,国际著名期刊Science、美国最大公众广播电台National Public Radio(NPR)以及新华网都做了相应的报道。(论文链接

A-C) UCP1定点敲入(KI)猪的获得及鉴定。(D-E) UCP1在猪白色脂肪中表达提高仔猪的体温调节能力。(F-G) UCP1定点敲入猪胴体脂肪率显著降低,背膘减少,瘦肉率显著上调。

参考文献:1. Lin J, et al. (2017) Cold adaptation in pigs depends on UCP3 in beige adipocytes. Journal of molecular cell biology.


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