2017年6月22日，派森諾生物與中國科學(xué)院動(dòng)物研究所趙建國研究員團(tuán)隊(duì)合作，在高水平期刊《eLife》（影響因子7.725）上發(fā)表研究成果，成功建立了豬的化學(xué)誘變體系，開展了大規(guī)模的豬ENU化學(xué)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(shí)也是生物醫(yī)學(xué)研究中不可或缺的模式大動(dòng)物。對(duì)豬功能基因認(rèn)識(shí)的有限性，阻礙了豬經(jīng)濟(jì)性狀遺傳改良的發(fā)展，以及創(chuàng)制人類遺傳疾病的大動(dòng)物模型。人工誘變是發(fā)現(xiàn)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(dòng)物中的研究已取得了重要的研究成果，但在大型哺乳動(dòng)物的研究中尚是空白。ENU(N-乙基-N-亞硝基脲)是一種化學(xué)誘變劑，能夠在基因組中隨機(jī)誘導(dǎo)點(diǎn)突變或染色體重排，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化創(chuàng)制突變體和挖掘新基因。
本研究驗(yàn)證了ENU突變應(yīng)用于大型動(dòng)物的可行性。通過對(duì)6770頭G1代和6800頭G3代誘變?nèi)后w進(jìn)行大規(guī)模的篩選，成功獲得36個(gè)顯性遺傳突變體和91個(gè)隱性遺傳突變體，建立了多個(gè)能模擬人類疾病的大動(dòng)物模型和可用于豬新品系培育的育種新材料。
研究方法
對(duì)10個(gè)G1代采用簡(jiǎn)化基因組測(cè)序方法研究ENU引起的基因組突變；對(duì)2個(gè)突變型和一個(gè)野生型采用全基因組重測(cè)序定位內(nèi)耳畸形基因，測(cè)序深度分別為11.51x，10.64x 和10.63x。
研究結(jié)果
1. 巴馬豬的ENU突變
對(duì)ENU在巴馬豬的全基因組水平引起的突變頻率進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)ENU處理產(chǎn)生的主要變異形式為堿基轉(zhuǎn)換和顛換，其中堿基轉(zhuǎn)換頻率（71.2%）顯著高于顛換（28.8%）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，平均每個(gè)GI代攜帶4500-16,458個(gè)雜合突變，并且大多數(shù)位于基因間隔區(qū)。此外，通過對(duì)ENU的誘變劑量進(jìn)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(duì)巴馬豬的生長性狀、出生缺陷、血液生理生化、行為等指標(biāo)進(jìn)行表型篩選，在6770頭G1代和6800頭G3代誘變?nèi)后w中共獲得36個(gè)顯性遺傳突變體和91個(gè)隱性遺傳突變體。這些突變體表型各異，具體表現(xiàn)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(dǎo)致豬的內(nèi)耳畸形且可作為人Mondini內(nèi)耳畸形疾病的研究模型
研究發(fā)現(xiàn)突變體TBB007T095聽覺嚴(yán)重受損，與人Mondini內(nèi)耳畸形疾病病理表型高度相似。通過GWLS分析在5號(hào)染色體（7-71 Mb）上發(fā)現(xiàn)一個(gè)顯著的遺傳連鎖區(qū)域，并在該區(qū)域中分離到了色素衰退相關(guān)基因SOX10，該內(nèi)耳畸形突變體的致病位點(diǎn)被定位為SOX10基因第109位氨基酸的改變 (R109W)。推測(cè)SOX10基因可能是Mondini內(nèi)耳畸形的致病基因，且該突變體可作為人Mondini內(nèi)耳畸形疾病的大動(dòng)物模型。
4. FBXO32基因上調(diào)與豬的后肢癱瘓有關(guān)
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(guān)基因—FBXO32高度表達(dá)。通過遺傳圖譜分析，在4號(hào)染色體16-17Mb區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)信號(hào)，且FBXO32就存在于該區(qū)域中，F(xiàn)BXO32的上調(diào)可能引起肌肉萎縮并導(dǎo)致后肢癱瘓。
總結(jié)
該研究通過ENU化學(xué)誘變?nèi)斯ぜ铀倭素i內(nèi)源基因發(fā)生突變的頻率，規(guī)模化制備了大動(dòng)物的突變體，推動(dòng)了豬作為模式大動(dòng)物的發(fā)展，為豬的新品種培育和臨床疾病大動(dòng)物模型的建立提供了新策略。
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
