豬基因組“草圖序列”或將惠及農業和醫學

豬基因組的詳細註釋將加速培育更健康、產肉量更高的豬,並建立更可靠的人類疾病模型的工作

T. J. 塔巴斯科在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校有點像豬女神,她的紅潤的、剝製標本的頭顱從遺傳學家勞倫斯·舒克的辦公室牆上俯視下來。現在,她被本週的《自然》雜誌永垂不朽——不是以名字,而是以她DNA的字母。

科學家們垂涎三尺。在過去的幾十年裡,他們一直在緩慢地從豬基因組中提取資訊,將其應用於培育更健康、產肉量更高的豬,並嘗試建立更可靠的人類疾病模型。本週T. J.基因組的草圖序列(見第393頁),及其詳細的註釋——一個“參考基因組”——將加速這兩個方面的進展,甚至可能使豬能夠被改造為提供用於移植到人體患者的器官。“特別是農業將快速受益,”英國愛丁堡羅斯林研究所的艾倫·阿奇博爾德說,他是該論文的主要作者之一。“豬產業在快速採用新技術和知識方面有著良好的記錄。”

T. J. 是一頭家養杜洛克豬(Sus scrofa domesticus),於2001年出生於伊利諾伊州。第二年,舒克和他的同事從她耳朵上的一小塊皮膚中生成了一個成纖維細胞系,並委託用它來建立克隆,以便他們可以研究所有具有相同基因組的動物。一組克隆是在密蘇里州哥倫比亞市的國家豬資源和研究中心(NSRRC)建立的,同時還建立了轉基因豬,這些豬新增或刪除了基因以模擬人類疾病。“隨著對基因組知識的增加,製造這種豬變得越來越容易,”生理學家蘭德爾·普拉瑟說,他是NSRRC的聯合主任,該中心由美國國立衛生研究院(NIH)資助。


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美國國立衛生研究院於2003年啟動了NSRRC,以鼓勵豬疾病模型的研究。豬的飼養成本比齧齒動物高,繁殖速度也較慢。但是,豬和人類的解剖學和生理學之間的相似性可以彌補這些缺點。例如,它們的眼睛大小相似,感光器在視網膜中的分佈也相似。因此,豬成為視網膜色素變性(一種導致失明的疾病)的首個模型。四年前,研究人員建立了一個囊性纖維化豬模型,與小鼠模型不同,該模型出現了類似於人類的症狀。

德國慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的遺傳學家和獸醫埃克哈德·沃爾夫利用人類和豬的胃腸道系統和代謝之間的相似性——像我們一樣,豬幾乎什麼都吃,然後為此受苦——開發了糖尿病模型。一種豬模型攜帶一種突變轉基因,該轉基因限制了腸促胰島素的有效性,腸促胰島素是正常胰島素分泌所需的激素。攜帶該轉基因的小鼠出現了出乎意料的嚴重糖尿病,但豬的糖尿病前期病情更為微妙,能更好地模擬人類疾病。“這表明了使用具有相關生理學的動物的重要性,”沃爾夫說。

現在正在開發用於其他常見疾病的豬模型,包括阿爾茨海默病、癌症和肌肉萎縮症。基因組論文中報告的112種可能與人類疾病相關的基因變異的發現將豐富這項工作。對基因組的瞭解也使科學家們能夠嘗試改造豬,使其成為人類患者器官(包括心臟和肝臟)的來源。豬器官的大小大致合適,研究人員希望創造出攜帶基因的轉基因豬,這些基因可以欺騙接受者的免疫系統,使其不排斥移植器官。

回到農場,早期關於豬基因組的知識促成了1991年一項發現,即一種參與豬應激綜合徵的基因,在這種綜合徵中,過熱、移動甚至性行為的壓力會導致動物突然死亡。然後,就可以檢測該基因並選擇不含該基因的豬群。

擁有完整的基因組也應該有助於研究人員培育出對豬繁殖與呼吸綜合徵(PRRS)的抗性,PRRS是一種病毒性疾病,每年給美國養豬業造成6億美元的損失。PRRS宿主遺傳學聯盟(一個美國研究小組網路)已經確定了一條染色體上的一個區域,該區域會影響感染期間血液中的病毒水平。研究PRRS的阿奇博爾德說,高質量的基因組序列應該有助於研究人員精確定位負責的基因。

但豬基因組不僅僅關乎應用。主要合著者馬蒂恩·格羅寧是荷蘭瓦赫寧根大學的基因組研究員,他重新測序了數十種不同品系的野生和家豬的基因組,並利用這些資訊表明,豬在亞洲和歐洲是獨立馴化的。他還開始研究哪些基因參與了不同大陸上所需性狀的選擇——例如更長的脊椎以提供更多的培根。“這是好奇心驅動的研究,但它也可能在未來幫助動物育種者,”他說。

本文經《自然》雜誌許可轉載。這篇文章於2012年11月14日首次發表

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