畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控机制研究

畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控机制研究

一、研究内容

（一）项目的总体设想

动物骨骼肌和脂肪细胞的分化、生长和组织发育的调控过程实际上是内在的遗传和表观遗传基础和外在的各种信号分子互作的结果。目前在该研究中存在的主要问题包括：（1）对组织器官的发育学研究还多半停留在单个基因或单个分子调控作用的水平，从系统、多层次和调控分子之间网络联系开展的研究不足，因而不利于对组织器官的发育从整体和完整过程的角度解析其发育的分子机制；（2）一些调控层次，如表观遗传学、RNA、信号分子、内在代谢与微环境等层次上的研究尚属新兴，缺乏深入研究的资料，因而难以客观把握组织器官系统发育多重控制的机制；（3）对骨骼肌和脂肪发育的研究大多集中在人和实验鼠上，由于有限的物种资源，难以从比较生物学角度全面揭示细胞分化调控网络的发生、发展机制。而且已有的研究多是针对骨骼肌和脂肪代谢疾病有关的发病机理，研究存在一定的局限性。（4）近年来，通过干细胞技术和基因敲除等手段，在大小鼠等经典模式动物的骨骼肌和脂肪发育研究方面取得了一系列的进展，揭示了控制干细胞分化及骨骼肌和脂肪发育的多种重要基因和调控通路。但在猪和鸡上，相应的手段和资料相对不足，尤其是猪、鸡骨骼肌和脂肪的胚胎干细胞技术还不够成熟，因而多能胚胎干细胞分化为猪、鸡骨骼肌和脂肪前体细胞的分子机制认识不足；其他模式动物大许多数据尚未在猪和鸡上印证，因而不够明了猪和鸡骨骼肌与脂肪发育机制的特点；骨骼肌和脂肪发育表观遗传学方面的研究尚属新兴，因而不能能解析猪和鸡品种品系发育差异的机制。（5）虽然转基因猪和鸡都有成功的报道，但技术方法尚未能达到实际生产应用的要求，也未见涉及针对调控发育基因方面的研究。

本项目运用干细胞、功能基因组、非编码RNA、RNA和蛋白组学、信号传导等先进研究手段，采用比较生物学研究策略，分别从基因转录与转录后沉默、DNA与蛋白质修饰，外周信号转导通路等层次深入研究猪和鸡的肌肉和脂肪组织发生、细胞生长和分化过程中，DNA、RNA、蛋白质以及外周信号分子之间互作的调控网络关系和系统发生机制，并在miRNA鸡的培育方面进行攻关，填补发育研究领域的一些不足，可望在猪和鸡等畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控理论及其应用方面取得重要突破。

基于上述设想，本项目重点解决下列关键科学问题：

1、阐明骨骼肌和脂肪胚胎与成体干细胞自我更新和分化的表观遗传学和网络调控机制。着重解决猪、鸡多能胚胎干细胞的分离培养及其诱导向骨骼肌和脂肪细胞分化的技术问题，发掘猪和鸡的各种胚胎与成体干细胞向骨骼肌和脂肪分化过程不同阶段的标记性分子和重要功能基因，揭示这些基因在此过程中的功能与调控机制。

2、阐明猪和鸡骨骼肌与脂肪组织细胞发生、分化和生长代谢的遗传、表观遗传及非编码RNA调控的分子机制。在发掘控制猪和鸡骨骼肌与脂肪组织生长与分化重要功能基因和调控通经的基础上，着重解析这些基因的代谢与表观遗传学调控机制；系统分离鉴定与猪、鸡与骨骼肌和脂肪发育相关的非编码RNA，揭示其功能机制，

3、阐明品系间骨骼肌和脂肪生长发育差异的分子遗传与调节机制。在阐明不同品种品系猪和鸡的发育规律的基础上，系统比较不同部位组织和品种品系间发育的遗传、表观遗传及非编码RNA调控的差异，揭示猪、鸡种系骨骼肌和脂肪发育特点的分子机制。

4、探索miRNA鸡培育的新技术手段。着重解决提高同源重组、抑制随机整合、去除冗余外源序列的理论与技术问题，构建新型高效的转基因鸡载体，研究改进转基因鸡的技术操作方法，提高转基因鸡获得效率，研究利用miRNA 对特定基因沉默效率控制技术，建立可用于生产实践的miRNA鸡的培育技术方法。

（二）项目的研究内容

本项目将在前期工作的基础上对猪、鸡的肌肉和脂肪发育的分子调控机制展开系统深入的研究，突出表观遗传学的研究，解析猪、鸡的肌肉和脂肪发育关键基因的调控网络，着重研究猪、鸡品种品系肌肉和脂肪发育差异形成分子机制，提升品种资源的利用，重点攻关miRNA鸡的培育技术方法。本项目的主要研究内容包括以下方面：

1、研究与完善猪、鸡肌肉和脂肪胚胎干细胞和各种成体干细胞分离培养与诱导分化的技术体系。包括猪、鸡胚胎期肌肉始祖细胞（MPC）、间充质细胞、骨骼肌卫星细胞和脂肪成体干细胞的体外培养及其自我更新和定向分化的技术方法。

2、进行猪、鸡肌肉和脂肪干细胞自我更新与分化和猪、鸡肌肉和脂肪组织发生、生长过程中的分子标志、重要基因的分离鉴定，开展对猪、鸡肌肉和脂肪发育过程的重要基因及其调节通路的功能作用与分子机制研究。包括采用基因表达谱芯片、蛋白质组学等方

法，分离鉴定在猪、鸡肌肉和脂肪干细胞分化与组织发育相关的新基因和分子；研究这些基因以及我们在前期工作中得到的相关基因在猪、鸡肌肉和脂肪发育过程中的功能作用及其调节通路。

3、研究猪、鸡肌肉和脂肪干细胞分化与组织发育的表观遗传学机制。采用蛋白组学分析技术、Gel-shift技术和ChIP、Solexa测序、甲基化间区位点扩增（AIMS）等技术，研究猪、鸡肌肉与脂肪细胞干细胞分化和组织发育过程中重要调控因子和功能基因的表观遗传学；研究内分泌、旁（自）分泌信号分子对骨骼肌和脂肪干细胞分化、融合（聚酯）的调控作用。

4、研究非编码RNA在猪、鸡干细胞分化与组织发育的中的作用。包括在现有工作的基础上，分离鉴定与猪、鸡肌肉和脂肪发育相关的新miRNA，在猪和鸡的组织中，靶向克隆现已知在肌肉与脂肪发育中有调控的miRNA；研究这些miRNA的表达规律，验证其在猪、鸡肌肉和脂肪发育过程中的调节作用，鉴定其作用的靶向基因。

5、研究不同品种（系）猪、鸡肌肉和脂肪发育差异形成的遗传与表观遗传学机制。采用比较生物学策略，系统研究不同猪种（瘦肉型外来品种与脂肪型优质地方品种）、鸡种或品系（蛋用型和肉用型、高脂系和低脂系）肌肉与脂肪组织之间重要基因的单核苷酸多态性（SNP分布的数据库）、DNA和组蛋白修饰以及基因表达、miRNA等遗传学与表观遗传学差异。结合各品种猪、鸡不同类型和部位的肌肉与脂肪的生长发育规律，研究这些差异与这些重要经济性状的关系。

6、研究miRNA鸡培育技术。研究提高同源重组、抑制随机整合、去除冗余外源序列的转基因鸡载体技术，研究提高转基因鸡获得效率的技术方法。利用miRNA 对特定基因沉默效率控制的理论和技术，建立起可用于生产实践的miRNA鸡的培育技术方法。