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发育序列-筛选出了马属动物重要经济性状相关的基因及miRNA

【救火英雄】

截至目前,芒來團隊在馬屬動物運動、繁殖、腸道微生物、營養、精子形成機理等5大科研領域,做了大量開創性研究工作,取得矚目成績,使蒙古馬退化得到有效遏制,為打造“精品”蒙古馬奠定了基礎。

“一系列世界領先的研究成果也促使我們有了新的研究計劃:2030年,我們會將目前的實驗室建成為國家重點實驗室,2035年,建立較為完備的中國馬屬動物種質資源庫,同時建立以馬學教學科研為總旨的馬屬動物遺傳育種與繁殖科學觀測實驗站。”芒來說。

基因序列揭示馬的經濟性狀蒙古馬分佈廣、影響大,它的血緣滲透到國內外許多馬種。作為馬種遺傳資源,蒙古馬有著重要的保種價值。芒來帶領團隊以馬屬動物為研究對象,利用轉錄組測序、小分子RNA測序、編碼區註釋及富集分析等技術,篩選出了馬屬動物重要經濟性狀相關的基因及miRNA。

通過這些基礎研究,團隊推動發展了馬屬動物基因組學、馬屬動物飼料學、馬屬動物繁殖學、馬屬動物育種學等領域的知識儲備,有步驟地嘗試將理論用於實踐,促進馬屬動物研究、實踐和應用領域自主創新能力的提升。

近日,國際知名期刊《科學》子刊《科學進展》刊出論文《優化的從頭組裝家驢基因組》,該論文對芒來團隊關於家驢基因組的研究成果進行了引用和參考。“馬快速進化的基因富集在心臟循環、神經管發育、感光細胞的維護與核糖體合成等途徑。而驢快速進化的基因主要富集在有氧呼吸、腦發育、淋巴細胞分化的調節、三羧酸循環和乙酰-CoA的分解代謝過程。”芒來告訴記者,這一研究結果揭示了馬屬動物的性格、運動能力、能量代謝和免疫力方面的特征。

研究過程中,團隊發現了兩個馬種腸道菌群的16個門和75個屬,其中5個門和30個屬存在顯著差異;篩選出與蒙古馬精子生成的2萬多個差異基因、531個差異miRNA及近500萬個piRNA,功能註釋後發現,差異基因和miRNA、piRNA靶基因的功能主要集中在精子發生、雄配子生成、精子細胞發育等相關生物學過程;此外,他們還通過對不同發酵時期的酸馬奶進行轉錄組測序,篩選了6萬多個融合性特異基因,差異基因主要與氨基酸轉運代謝等相關生物學過程具有密切聯繫。

芒來介紹說:“我們發佈了世界上第一個高質量、完整的家驢基因組,篩選出1292個驢快速進化的基因,篩選了毛色形成相關的231個差異顯著基因,經富集分析後發現差異基因功能主要集中在酪氨酸合成、代謝等方面;篩選到了1102個與耐力相關的差異基因及248個差異miRNA,功能註釋後發現差異基因和miRNA與肌肉結構發育、肌肉組織發育、肌肉收縮和肌肉細胞分化等運動相關功能具有密切聯繫。”

建立馬屬動物種質資源庫馬基因組研究公佈一段時間後,由於驢基因組數據的空缺,限制了馬和驢種內與種間遺傳變異模式的研究。2015年,芒來團隊在《自然》子刊《科學報道》發表論文《家驢基因組及其快速核型進化的印記研究》,發佈了世界上第一次高質量、完整的家驢基因組,邁出了驢基因組研究和馬屬動物演化研究中的關鍵一步。

近年來,芒來團隊成功繪製出蒙古馬和普氏野馬等馬屬動物的基因組精細圖譜,從全基因組學層面對馬屬動物的毛色、耐力、腸道菌群、精子形成以及馬匹傳統產品酸馬奶等進行了系統研究,相關成果已在國際期刊發表。

據介紹,miRNA是在真核生物中的一類內源性的具有調控功能的非編碼RNA,其大小約為20—25個核苷酸。miRNA參與生物體各種各樣的調節功能,包括發育、病毒防禦、造血過程、器官形成、細胞增殖和凋亡、脂肪代謝等等。

第二看臺福榮本報記者張景陽近日,國際知名期刊《科學》子刊《科學進展》刊出論文《優化的從頭組裝家驢基因組》,該論文的研究引入了新的基因組組裝技術,將驢基因組組裝到亞染色體水平,對內蒙古農業大學馬屬動物研究中心芒來教授團隊關於家驢基因組的研究成果進行了比對,其分析結果再次驗證和肯定了芒來教授團隊在馬屬基因組研究方面的基礎性和引領性成果。

“馬基因組序列測序計劃的啟動與實施,給馬學理論研究提供了新的開端,但完成基因組測序僅僅是基因組計劃的第一步,更大的挑戰在於弄清基因組序列中所包含的全部遺傳信息以及基因功能。”芒來表示,對馬基因組進行高質量的註釋,是對馬經濟性狀進行分子水平研究的基礎。

團隊科研人員告訴科技日報記者,他們首次獲得了迄今為止最完整的馬的Y染色體序列圖譜,揭示了羅伯遜易位和染色體局部重排的可能機制,並且還發現了兩種重覆序列對基因組的不穩定性具有較大影響。