2017-07-21
2017年6月22日，派森諾生物與中國科學院動物研究所趙建國研究員團隊合作，在高水平期刊《eLife》（影響因子7.725）上發表最新研究成果，成功建立了豬的化學誘變體系，開展了大規模的豬ENU化學誘變和突變體篩選研究。
研究背景
豬作為一種重要的家畜，既是人類主要的肉食來源，同時也是生物醫學研究中不可或缺的模式大動物。對豬功能基因認識的有限性，阻礙了豬經濟性狀遺傳改良的發展，以及創制人類遺傳疾病的大動物模型。人工誘變是發現新功能基因的一種有效途徑，過去在線蟲、果蠅、斑馬魚和小鼠等動物中的研究已取得了重要的研究成果，但在大型哺乳動物的研究中尚是空白。ENU(N-乙基-N-亞硝基脲)是一種化學誘變劑，能夠在基因組中隨機誘導點突變或染色體重排，從而實現規模化創制突變體和挖掘新基因。
本研究首次驗證了ENU突變應用于大型動物的可行性。通過對6770頭G1代和6800頭G3代誘變群體進行大規模的篩選，成功獲得36個顯性遺傳突變體和91個隱性遺傳突變體，建立了多個能準確模擬人類疾病的大動物模型和可用于豬新品系培育的育種新材料。
研究方法
對10個G1代采用簡化基因組測序方法研究ENU引起的基因組突變；對2個突變型和一個野生型采用全基因組重測序定位內耳畸形基因，測序深度分別為11.51x，10.64x 和10.63x。
研究結果
1. 巴馬豬的ENU突變
對ENU在巴馬豬的全基因組水平引起的突變頻率進行研究，發現經ENU處理產生的主要變異形式為堿基轉換和顛換，其中堿基轉換頻率（71.2%）顯著高于顛換（28.8%）。經統計，平均每個GI代攜帶4500-16,458個雜合突變，并且大多數位于基因間隔區。此外，通過對ENU的誘變劑量進行考察，得出能引起有效突變的合適劑量為3×85 mg/kg ENU。
2. 顯性突變體和隱性突變體的表型篩選
通過三代遺傳家系組建篩選顯性突變體和隱性突變體，對巴馬豬的生長性狀、出生缺陷、血液生理生化、行為等指標進行表型篩選，在6770頭G1代和6800頭G3代誘變群體中共獲得36個顯性遺傳突變體和91個隱性遺傳突變體。這些突變體表型各異，具體表現為聽覺受損、骨骼缺陷、后肢癱瘓、膚色變異和體型變化等。
3. SOX10基因突變可導致豬的內耳畸形且可作為人Mondini內耳畸形疾病的研究模型
研究發現突變體TBB007T095聽覺嚴重受損，與人Mondini內耳畸形疾病病理表型高度相似。通過GWLS分析在5號染色體（7-71 Mb）上發現一個顯著的遺傳連鎖區域，并在該區域中分離到了色素衰退相關基因SOX10，該內耳畸形突變體的致病位點被精確定位為SOX10基因第109位氨基酸的改變 (R109W)。推測SOX10基因可能是Mondini內耳畸形的致病基因，且該突變體可作為人Mondini內耳畸形疾病的首個大動物模型。
4. FBXO32基因上調與豬的后肢癱瘓有關
先天性后肢癱瘓是幼豬殘疾的主要原因，在所有后肢癱瘓突變體中，骨骼肌萎縮相關基因—FBXO32高度表達。通過遺傳圖譜分析，在4號染色體16-17Mb區域內發現了強烈的關聯信號，且FBXO32就存在于該區域中，FBXO32的上調可能引起肌肉萎縮并導致后肢癱瘓。
總結
該研究首次通過ENU化學誘變人工加速了豬內源基因發生突變的頻率，規模化制備了大動物的突變體，推動了豬作為模式大動物的發展，為豬的新品種培育和臨床疾病大動物模型的建立提供了全新策略。
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
