2018-08-01
2017年6月22日，派(pai)森諾生物與中國(guo)科學(xue)院動物研(yan)究所趙建(jian)國(guo)研(yan)究員團隊(dui)合作，在高水平期刊(kan)《eLife》（影響(xiang)因子7.725）上發表研(yan)究成(cheng)果(guo)，成(cheng)功建(jian)立了豬(zhu)的化(hua)學(xue)誘變體系，開(kai)展了大(da)規模的豬(zhu)ENU化(hua)學(xue)誘變和(he)突變體篩選研(yan)究。
研究(jiu)背景
豬(zhu)(zhu)(zhu)作為(wei)一種(zhong)重要的(de)(de)家畜，既是(shi)(shi)人類(lei)主(zhu)要的(de)(de)肉食來(lai)源，同時也是(shi)(shi)生物醫(yi)學(xue)(xue)研(yan)究中(zhong)(zhong)(zhong)不可(ke)或缺的(de)(de)模式大動(dong)(dong)物。對豬(zhu)(zhu)(zhu)功能(neng)基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)認識的(de)(de)有(you)限性，阻礙了豬(zhu)(zhu)(zhu)經濟性狀遺傳改(gai)良的(de)(de)發(fa)展，以及(ji)創(chuang)制人類(lei)遺傳疾(ji)病的(de)(de)大動(dong)(dong)物模型。人工(gong)誘變(bian)(bian)是(shi)(shi)發(fa)現(xian)(xian)新功能(neng)基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)的(de)(de)一種(zhong)有(you)效途徑(jing)，過去在線蟲(chong)、果(guo)蠅、斑馬魚(yu)和(he)小(xiao)鼠等動(dong)(dong)物中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)研(yan)究已取得了重要的(de)(de)研(yan)究成果(guo)，但在大型哺(bu)乳動(dong)(dong)物的(de)(de)研(yan)究中(zhong)(zhong)(zhong)尚是(shi)(shi)空白。ENU(N-乙基(ji)(ji)(ji)(ji)-N-亞硝基(ji)(ji)(ji)(ji)脲)是(shi)(shi)一種(zhong)化學(xue)(xue)誘變(bian)(bian)劑(ji)，能(neng)夠在基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)組中(zhong)(zhong)(zhong)隨機誘導(dao)點突變(bian)(bian)或染色體重排，從而實現(xian)(xian)規模化創(chuang)制突變(bian)(bian)體和(he)挖掘新基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)。
本(ben)研究(jiu)驗(yan)證(zheng)了ENU突(tu)變(bian)應用于大型動物的可(ke)行性(xing)。通過對6770頭(tou)(tou)G1代和6800頭(tou)(tou)G3代誘(you)變(bian)群(qun)體(ti)進行大規模(mo)的篩選，成(cheng)功(gong)獲得36個(ge)顯性(xing)遺(yi)(yi)傳突(tu)變(bian)體(ti)和91個(ge)隱性(xing)遺(yi)(yi)傳突(tu)變(bian)體(ti)，建立(li)了多個(ge)能模(mo)擬人類疾病的大動物模(mo)型和可(ke)用于豬新品系(xi)培育(yu)的育(yu)種新材料。
研究(jiu)方法
對(dui)10個(ge)(ge)G1代(dai)采(cai)用簡化基(ji)因(yin)組(zu)測(ce)序方(fang)法研究ENU引起的基(ji)因(yin)組(zu)突變；對(dui)2個(ge)(ge)突變型和一個(ge)(ge)野生型采(cai)用全基(ji)因(yin)組(zu)重測(ce)序定位(wei)內(nei)耳畸形基(ji)因(yin)，測(ce)序深度分(fen)別為11.51x，10.64x 和10.63x。
研究結果
1. 巴馬豬(zhu)的ENU突(tu)變
對(dui)ENU在(zai)巴馬豬的(de)全基(ji)因(yin)組水平(ping)引起的(de)突(tu)(tu)(tu)變(bian)(bian)頻率(lv)進行研究，發現經ENU處(chu)理(li)產生的(de)主要變(bian)(bian)異形(xing)式(shi)為(wei)堿基(ji)轉(zhuan)換和顛換，其中堿基(ji)轉(zhuan)換頻率(lv)（71.2%）顯著(zhu)高(gao)于顛換（28.8%）。經統計，平(ping)均每個GI代攜帶(dai)4500-16,458個雜合突(tu)(tu)(tu)變(bian)(bian)，并且大多(duo)數位(wei)于基(ji)因(yin)間隔(ge)區。此(ci)外，通過對(dui)ENU的(de)誘變(bian)(bian)劑量進行考察(cha)，得出能引起有效(xiao)突(tu)(tu)(tu)變(bian)(bian)的(de)合適劑量為(wei)3×85 mg/kg ENU。
2. 顯性(xing)(xing)突變(bian)體和隱性(xing)(xing)突變(bian)體的表(biao)型篩(shai)選(xuan)
通(tong)過三代遺(yi)(yi)傳家系組建篩選顯(xian)性(xing)突變(bian)體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)(he)隱性(xing)突變(bian)體(ti)(ti)(ti)，對巴馬豬的生(sheng)(sheng)長(chang)性(xing)狀、出(chu)生(sheng)(sheng)缺陷、血液(ye)生(sheng)(sheng)理生(sheng)(sheng)化、行(xing)為(wei)等指標進行(xing)表型(xing)篩選，在6770頭G1代和(he)(he)(he)6800頭G3代誘變(bian)群體(ti)(ti)(ti)中共獲得(de)36個顯(xian)性(xing)遺(yi)(yi)傳突變(bian)體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)(he)91個隱性(xing)遺(yi)(yi)傳突變(bian)體(ti)(ti)(ti)。這(zhe)些(xie)突變(bian)體(ti)(ti)(ti)表型(xing)各異，具體(ti)(ti)(ti)表現為(wei)聽覺受損(sun)、骨骼缺陷、后肢癱瘓、膚色(se)變(bian)異和(he)(he)(he)體(ti)(ti)(ti)型(xing)變(bian)化等。
3. SOX10基(ji)因突變可(ke)導致豬的內耳畸(ji)形(xing)且可(ke)作為人Mondini內耳畸(ji)形(xing)疾(ji)病的研(yan)究模型
研究發現突(tu)變(bian)(bian)體(ti)TBB007T095聽覺嚴(yan)重受損(sun)，與人(ren)Mondini內(nei)耳(er)(er)畸形疾病(bing)病(bing)理表型高度(du)相(xiang)似(si)。通過GWLS分析在5號染色(se)體(ti)（7-71 Mb）上發現一個顯(xian)著的(de)遺傳(chuan)連鎖區域，并在該區域中分離到了色(se)素衰退(tui)相(xiang)關(guan)基因(yin)SOX10，該內(nei)耳(er)(er)畸形突(tu)變(bian)(bian)體(ti)的(de)致病(bing)位點被定位為SOX10基因(yin)第109位氨(an)基酸的(de)改變(bian)(bian) (R109W)。推測SOX10基因(yin)可能是(shi)Mondini內(nei)耳(er)(er)畸形的(de)致病(bing)基因(yin)，且該突(tu)變(bian)(bian)體(ti)可作為人(ren)Mondini內(nei)耳(er)(er)畸形疾病(bing)的(de)大(da)動(dong)物模(mo)型。
4. FBXO32基因上(shang)調與豬的后肢(zhi)癱瘓有關
先(xian)天性(xing)后肢癱瘓是(shi)幼豬(zhu)殘疾的主要原(yuan)因，在(zai)所(suo)有后肢癱瘓突變體中，骨骼肌萎(wei)縮(suo)相關基(ji)因—FBXO32高(gao)度表(biao)達。通過遺傳圖(tu)譜分析，在(zai)4號(hao)染色體16-17Mb區域內發現了強烈的關聯信號(hao)，且FBXO32就(jiu)存在(zai)于該區域中，FBXO32的上調可能引起肌肉萎(wei)縮(suo)并導致后肢癱瘓。
總結
該研究通過ENU化(hua)學(xue)誘(you)變人(ren)工加速了豬(zhu)內源(yuan)基因發生突變的(de)(de)頻(pin)率，規模化(hua)制備(bei)了大動物的(de)(de)突變體，推動了豬(zhu)作為(wei)模式(shi)大動物的(de)(de)發展，為(wei)豬(zhu)的(de)(de)新(xin)品種培育和臨(lin)床疾病大動物模型的(de)(de)建(jian)立提(ti)供了新(xin)策略。
文章索引
Hai T, Cao C, Shang H, et al. A pilot study of large-scale production of mutant pigs by ENU mutagenesis. eLife, 2017, 6: e26248. DOI:10.7554/eLife.26248
