李龍嬌
(重慶三峽職業(yè)學(xué)院 404115)
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高,人們對豬肉產(chǎn)品有了更高的要求,不僅僅局限于滿足豬肉的量,更多的是關(guān)注口味、口感、營養(yǎng)等豬肉品質(zhì)方面。多年來,育種工作者致力于在滿足消費者更多追求的同時,選育出對人體健康有益的肌肉脂肪含量適宜、新鮮氨基酸含量高、不飽和脂肪酸含量高、肉質(zhì)鮮美的品種。在眾多的育種技術(shù)中,高通量測序技術(shù)是對傳統(tǒng)測序的一次革命性變革,幾千萬到幾億的堿基數(shù)字可以通過單次實驗獲得,從而有可能分析出一個物種的轉(zhuǎn)錄組和基因組的詳細全貌。其中,轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)可直接測序樣品中存在的RNA 分子,對每個轉(zhuǎn)錄本的計數(shù)可定量分析,并可映射到基因組進行注釋[1]。因此,該技術(shù)在基因組數(shù)據(jù)的大規(guī)模分析中得到了廣泛應(yīng)用,為探索種群的基因變異和轉(zhuǎn)錄組結(jié)構(gòu)特征提供了一條新的途徑。
轉(zhuǎn)錄組測序通過對該物種的RNA 進行高通量測序,再將基因表達量通過cDNA 片段兩端的Reads 序列與選中的物種參考基因組序列進行比對后計算,或注釋出同源的未知基因的比對,從而篩選出表達差異的基因[1]。轉(zhuǎn)錄組測序的發(fā)現(xiàn)和尋找新信息的能力比一般應(yīng)用的基因芯片技術(shù)和基因組學(xué)更強。通過轉(zhuǎn)錄組測序所發(fā)掘越來越多的差異表達基因或者差異表達轉(zhuǎn)錄本的功能注釋和富集分析等生物學(xué)信息,讓該技術(shù)擁有了廣泛用于哺乳動物的生長發(fā)育、免疫機制、疾病診斷和藥物開發(fā)領(lǐng)域的潛力。
豬肉的品質(zhì)是一個復(fù)雜的特征,與肌肉增長和脂肪含量密切相關(guān),受到品種、環(huán)境、飼喂管理,屠宰加工方式的影響。轉(zhuǎn)錄組測序研究在豬肉品質(zhì)的研究中,一方面著重于不同發(fā)育階段的差異研究,以及骨骼肌的生理狀態(tài)或生產(chǎn)性能的差異性。另一方面,該技術(shù)在以商業(yè)瘦肉型豬種(約克夏、大白、長白、杜洛克等)與地方豬種間的肉品比較為主要研究方向[2]。相比商品型瘦肉型豬種,我國一些地方的豬種雖然生長速度慢,含脂量高,但其風(fēng)味和口感受到大眾青睞。肌肉的生長發(fā)育過程是一個持續(xù)動態(tài)的變化過程,受到多種調(diào)控元件和轉(zhuǎn)錄因子的作用,如已證實的生機調(diào)節(jié)因子家族(MRFs)、肌細胞增強因子家族(MEF2)以及調(diào)控肌肉生成的上游調(diào)控因子PAX3 家族等[3]。然而其間的復(fù)雜調(diào)控體系和分子機制尚不明確,亟需生物學(xué)信息的不斷深入發(fā)掘。
編碼RNA(mRANs)的測序是轉(zhuǎn)錄組測序最早開展研究的方向,mRANs 的測序分析可直接與蛋白組學(xué)相銜接,將基因的遺傳信息和蛋白質(zhì)功能進行相互驗證,而大量的實驗數(shù)據(jù)也證實了這一點。例如,有學(xué)者通過對3 種不同發(fā)育階段的八眉豬背肌最長的轉(zhuǎn)錄組測序,識別出23926 個mRAN 和241 個差異微RNA(miRNAs)的基因,其中差異表達基因大多由不同的miRNAs 調(diào)控,揭示了不同生長階段豬的骨骼肌肉差異的發(fā)育模式[4]。通過GO 和KEGG 富集分析,從江香豬和大白豬的背部最長肌群中獲取的318 個差異表達基因,發(fā)現(xiàn)差異表達基因主要集中在一磷酸腺苷活化蛋白激酶信號通路、轉(zhuǎn)錄因子信號通路、丙酮酸代謝通路以及與肉質(zhì)相關(guān)的4 條脂肪酸代謝通路[5]。利用mRNAs 測序在對豬肌衛(wèi)星細胞Notch 1 的探索中進一步確定mRNAs- miRNAs 的調(diào)控關(guān)系并篩選到關(guān)鍵基因,為豬肌衛(wèi)星細胞Notch 1 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制提供參考[6]。在長白豬與藍塘豬肌肉不同發(fā)育階段的轉(zhuǎn)錄組分析中,影響肌生成的候選靶基因如GSK3B、IKBKB 和ACVR1等由于差異表達被鑒定發(fā)現(xiàn)。同時,研究人員指出藍塘豬比長白豬生長緩慢的原因可能與肌生成抑制關(guān)鍵基因在藍塘豬體內(nèi)高表達有關(guān)[7]。在對杜洛克與恩施豬、杜洛克與梅山豬、大白與恩施豬和大白與梅山豬4 個比較組進行轉(zhuǎn)錄組分析中,共鑒定到1799 個差異表達基因。這些差異表達基因由GO 和KEGG 分析發(fā)現(xiàn)主要富集于骨骼肌發(fā)育相關(guān)的生物學(xué)過程和信號通路中,如葡萄糖代謝過程、骨骼肌細胞分化、成肌細胞分化等[8]。在對蘇姜豬兩個生長階段的背最長肌和腿肌進行轉(zhuǎn)錄組測序分析篩選出背最長肌之間的差異表達基因1655 個,背最長肌與腿肌之間的差異表達基因有383 個,同時還篩選到6 個與蘇姜豬肌肉肉質(zhì)性狀相關(guān)的候選基因[9]。上述結(jié)論進一步解釋了商業(yè)瘦肉型豬種和地方豬種在肉質(zhì)上的形成差異的原因,為今后培育更優(yōu)質(zhì)的豬種提供參考依據(jù)。
2.2.1 miRNAs 在豬肉質(zhì)中研究
測序技術(shù)的進步表明,生物過程是被調(diào)節(jié)的,而不是僅僅通過mRNA 轉(zhuǎn)錄來表達,還需要微RNA(miRNA)、長鏈非編碼RNA(lncRNA)、環(huán)狀RNA(circRNA)等非編碼RNA(ncRNA)的參與。其中對于miRNA 的鑒定和靶標(biāo)預(yù)測是近十年來研究的熱點,miRNA 作為一種小的非編碼RNA,通過識別同源序列和干擾轉(zhuǎn)錄、翻譯或表觀遺傳過程來調(diào)節(jié)基因表達[10]。通過對長白豬、通城豬和五指山豬三種不同品系豬種的肌肉進行轉(zhuǎn)錄組測序,長白豬和通城豬存在差異表達基因43 個和差異表達miRNA106 個,長白豬和五指山豬存在差異表達基因145 個和差異表達miRNAs 156 個,通城豬和五指山豬存在差異表達基因92 個和差異表達miRNAs 151 個。通過構(gòu)建差異性表達基因和差異性表達miRNAs 的互作網(wǎng)絡(luò),研究人員發(fā)現(xiàn)差異性表達miRNAs 主要參與調(diào)控的過程包括氧化應(yīng)激過程、肌肉器官發(fā)育過程、肌肉收縮過程、脂肪酸代謝等過程[11]。
2.2.2 circRNAs 和lncRNsA 在豬肉質(zhì)中研究
有資料表明,環(huán)狀RNA (circRNAs)和長鏈非編碼RNA (lncRNAs)參與到脂肪形成和肌源性分化過程中[12],但它們對豬肌肉性狀的影響機理尚不明確。研究人員通過比較商業(yè)瘦肉型豬種杜洛克和中國地方豬種淮南豬的背最長肌表達圖譜,鑒定出差異表達lncRNAs 233 個,circRNAs 66 個。差異表達基因和circRNAs 靶基因富集在與脂肪形成相關(guān)的Wnt 通路、肌源性分化以及氨基酸代謝通路[10]。同樣的,在對北京黑豬和夏洛克豬骨骼肌進行轉(zhuǎn)錄測序后,得到差異表達基因1055個,lncRNAs 322 個,circRNAs 82 個,富集結(jié)果顯示差異表達的基因和lncRNAs 的靶基因主要參與骨骼肌發(fā)育和脂肪酸代謝等相關(guān)通路[13]。為豐富ncRNAs 的信息網(wǎng)絡(luò),研究人員還對確山黑豬和大白豬背最長肌進行轉(zhuǎn)錄組測序,比較了兩種豬肌肉表達譜,進一步探索circRNAs 在肉質(zhì)中的作用。經(jīng)數(shù)據(jù)分析得到差異表達circRNAs 62 個,39 個miRNAs,404 個差異表達基因。而這些差異表達的circRNAs 的靶基因富集于正調(diào)控骨骼肌纖維收縮、骨骼肌松弛、成肌細胞增殖、AMPK 信號通路、Wnt 和Jak-STAT 信號通路等方面[14]。通過上述商業(yè)瘦肉型豬種和地方豬種背最長肌測序數(shù)據(jù)比較得知,lncRNAs 和circRNAs 參與成肌細胞的增殖、分化過程、肌內(nèi)脂肪沉積和肌肉發(fā)育等過程,同時還作為肉質(zhì)不同性質(zhì)的分子基礎(chǔ)調(diào)節(jié)肌肉機構(gòu)[10]。盡管ncRNA 不直接參與轉(zhuǎn)錄過程,但它們對生物的生長發(fā)育和表型遺傳的調(diào)控卻是必不可少的。
豬肉在世界肉類消費中占有重要地位,是人們生活中的主要肉制品來源。中國作為最大的豬肉消費國家,豬在中國畜牧業(yè)中占有十分重要的作用。隨著高通量測序技術(shù)等生物信息技術(shù)的不斷發(fā)展,相信會了解到更多的分子生物信息。屆時,我們將掌握豬在不同時期、不同品種、不同飼養(yǎng)模式在發(fā)展過程中的基因差異和調(diào)控機制,進而為培育適應(yīng)社會需求的新品種提供理論依據(jù),從不同角度提高豬肉的品質(zhì),從而提升經(jīng)濟效益。