繪制基因組圖譜 開啟蒙古馬經(jīng)濟(jì)性狀的分子水平研究

　　近日，國際知名期刊《科學(xué)》子刊《科學(xué)進(jìn)展》刊出論文《優(yōu)化的從頭組裝家驢基因組》，該論文的研究引入了新的基因組組裝技術(shù)，將驢基因組組裝到亞染色體水平，對內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)馬屬動物研究中心芒來教授團(tuán)隊關(guān)于家驢基因組的研究成果進(jìn)行了比對，其分析結(jié)果再次驗(yàn)證和肯定了芒來教授團(tuán)隊在馬屬基因組研究方面的基礎(chǔ)性和引領(lǐng)性成果。

　　近年來，芒來團(tuán)隊成功繪制出蒙古馬和普氏野馬等馬屬動物的基因組精細(xì)圖譜，從全基因組學(xué)層面對馬屬動物的毛色、耐力、腸道菌群、精子形成以及馬匹傳統(tǒng)產(chǎn)品酸馬奶等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，相關(guān)成果已在國際期刊發(fā)表。

　　基因序列揭示馬的經(jīng)濟(jì)性狀

　　蒙古馬分布廣、影響大，它的血緣滲透到國內(nèi)外許多馬種。作為馬種遺傳資源，蒙古馬有著重要的保種價值。芒來帶領(lǐng)團(tuán)隊以馬屬動物為研究對象，利用轉(zhuǎn)錄組測序、小分子RNA測序、編碼區(qū)注釋及富集分析等技術(shù)，篩選出了馬屬動物重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)的基因及miRNA。

　　據(jù)介紹，miRNA是在真核生物中的一類內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼RNA，其大小約為20—25個核苷酸。miRNA參與生物體各種各樣的調(diào)節(jié)功能，包括發(fā)育、病毒防御、造血過程、器官形成、細(xì)胞增殖和凋亡、脂肪代謝等等。

　　團(tuán)隊科研人員告訴科技日報記者，他們首次獲得了迄今為止最完整的馬的Y染色體序列圖譜，揭示了羅伯遜易位和染色體局部重排的可能機(jī)制，并且還發(fā)現(xiàn)了兩種重復(fù)序列對基因組的不穩(wěn)定性具有較大影響。

　　研究過程中，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了兩個馬種腸道菌群的16個門和75個屬，其中5個門和30個屬存在顯著差異；篩選出與蒙古馬精子生成的2萬多個差異基因、531個差異miRNA及近500萬個piRNA，功能注釋后發(fā)現(xiàn)，差異基因和miRNA、piRNA靶基因的功能主要集中在精子發(fā)生、雄配子生成、精子細(xì)胞發(fā)育等相關(guān)生物學(xué)過程；此外，他們還通過對不同發(fā)酵時期的酸馬奶進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，篩選了6萬多個融合性特異基因，差異基因主要與氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)代謝等相關(guān)生物學(xué)過程具有密切聯(lián)系。

　　“馬基因組序列測序計劃的啟動與實(shí)施，給馬學(xué)理論研究提供了新的開端，但完成基因組測序僅僅是基因組計劃的第一步，更大的挑戰(zhàn)在于弄清基因組序列中所包含的全部遺傳信息以及基因功能。”芒來表示，對馬基因組進(jìn)行高質(zhì)量的注釋，是對馬經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行分子水平研究的基礎(chǔ)。

　　建立馬屬動物種質(zhì)資源庫

　　馬基因組研究公布一段時間后，由于驢基因組數(shù)據(jù)的空缺，限制了馬和驢種內(nèi)與種間遺傳變異模式的研究。2015年，芒來團(tuán)隊在《自然》子刊《科學(xué)報道》發(fā)表論文《家驢基因組及其快速核型進(jìn)化的印記研究》，發(fā)布了世界上第一次高質(zhì)量、完整的家驢基因組，邁出了驢基因組研究和馬屬動物演化研究中的關(guān)鍵一步。

　　芒來介紹說：“我們發(fā)布了世界上第一個高質(zhì)量、完整的家驢基因組，篩選出1292個驢快速進(jìn)化的基因，篩選了毛色形成相關(guān)的231個差異顯著基因，經(jīng)富集分析后發(fā)現(xiàn)差異基因功能主要集中在酪氨酸合成、代謝等方面；篩選到了1102個與耐力相關(guān)的差異基因及248個差異miRNA，功能注釋后發(fā)現(xiàn)差異基因和miRNA與肌肉結(jié)構(gòu)發(fā)育、肌肉組織發(fā)育、肌肉收縮和肌肉細(xì)胞分化等運(yùn)動相關(guān)功能具有密切聯(lián)系。”

　　近日，國際知名期刊《科學(xué)》子刊《科學(xué)進(jìn)展》刊出論文《優(yōu)化的從頭組裝家驢基因組》，該論文對芒來團(tuán)隊關(guān)于家驢基因組的研究成果進(jìn)行了引用和參考。“馬快速進(jìn)化的基因富集在心臟循環(huán)、神經(jīng)管發(fā)育、感光細(xì)胞的維護(hù)與核糖體合成等途徑。而驢快速進(jìn)化的基因主要富集在有氧呼吸、腦發(fā)育、淋巴細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)、三羧酸循環(huán)和乙酰-CoA的分解代謝過程。”芒來告訴記者，這一研究結(jié)果揭示了馬屬動物的性格、運(yùn)動能力、能量代謝和免疫力方面的特征。

　　通過這些基礎(chǔ)研究，團(tuán)隊推動發(fā)展了馬屬動物基因組學(xué)、馬屬動物飼料學(xué)、馬屬動物繁殖學(xué)、馬屬動物育種學(xué)等領(lǐng)域的知識儲備，有步驟地嘗試將理論用于實(shí)踐，促進(jìn)馬屬動物研究、實(shí)踐和應(yīng)用領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力的提升。

　　“一系列世界領(lǐng)先的研究成果也促使我們有了新的研究計劃： 2030年，我們會將目前的實(shí)驗(yàn)室建成為國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2035年，建立較為完備的中國馬屬動物種質(zhì)資源庫，同時建立以馬學(xué)教學(xué)科研為總旨的馬屬動物遺傳育種與繁殖科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站。”芒來說。

　　截至目前，芒來團(tuán)隊在馬屬動物運(yùn)動、繁殖、腸道微生物、營養(yǎng)、精子形成機(jī)理等5大科研領(lǐng)域，做了大量開創(chuàng)性研究工作，取得矚目成績，使蒙古馬退化得到有效遏制，為打造“精品”蒙古馬奠定了基礎(chǔ)。