2018-08-01
2017年6月22日，派森诺生物与中国科学院动物研究所赵建国研究员团队合作，在高水平期刊《eLife》（影响因子7.725）上发表研究成果，成功建立了猪的化学诱变体系，开展了大规模的猪ENU化学诱变和突变体筛选研究。
研究背景
猪作为一种重要的家畜，既是人类主要的肉食来源，同时也是生物医学研究中不可或缺的模式大动物。对猪功能基因认识的有限性，阻碍了猪经济性状遗传改良的发展，以及创制人类遗传疾病的大动物模型。人工诱变是发现新功能基因的一种有效途径，过去在线虫、果蝇、斑马鱼和小鼠等动物中的研究已取得了重要的研究成果，但在大型哺乳动物的研究中尚是空白。ENU(N-乙基-N-亚硝基脲)是一种化学诱变剂，能够在基因组中随机诱导点突变或染色体重排，从而实现规模化创制突变体和挖掘新基因。
本研究验证了ENU突变应用于大型动物的可行性。通过对6770头G1代和6800头G3代诱变群体进行大规模的筛选，成功获得36个显性遗传突变体和91个隐性遗传突变体，建立了多个能模拟人类疾病的大动物模型和可用于猪新品系培育的育种新材料。
研究方法
对10个G1代采用简化基因组测序方法研究ENU引起的基因组突变；对2个突变型和一个野生型采用全基因组重测序定位内耳畸形基因，测序深度分别为11.51x，10.64x 和10.63x。
研究结果
1. 巴马猪的ENU突变
对ENU在巴马猪的全基因组水平引起的突变频率进行研究，发现经ENU处理产生的主要变异形式为碱基转换和颠换，其中碱基转换频率（71.2%）显著高于颠换（28.8%）。经统计，平均每个GI代携带4500-16,458个杂合突变，并且大多数位于基因间隔区。此外，通过对ENU的诱变剂量进行考察，得出能引起有效突变的合适剂量为3×85 mg/kg ENU。
2. 显性突变体和隐性突变体的表型筛选
通过三代遗传家系组建筛选显性突变体和隐性突变体，对巴马猪的生长性状、出生缺陷、血液生理生化、行为等指标进行表型筛选，在6770头G1代和6800头G3代诱变群体中共获得36个显性遗传突变体和91个隐性遗传突变体。这些突变体表型各异，具体表现为听觉受损、骨骼缺陷、后肢瘫痪、肤色变异和体型变化等。
3. SOX10基因突变可导致猪的内耳畸形且可作为人Mondini内耳畸形疾病的研究模型
研究发现突变体TBB007T095听觉严重受损，与人Mondini内耳畸形疾病病理表型高度相似。通过GWLS分析在5号染色体（7-71 Mb）上发现一个显著的遗传连锁区域，并在该区域中分离到了色素衰退相关基因SOX10，该内耳畸形突变体的致病位点被定位为SOX10基因第109位氨基酸的改变 (R109W)。推测SOX10基因可能是Mondini内耳畸形的致病基因，且该突变体可作为人Mondini内耳畸形疾病的大动物模型。
4. FBXO32基因上调与猪的后肢瘫痪有关
先天性后肢瘫痪是幼猪残疾的主要原因，在所有后肢瘫痪突变体中，骨骼肌萎缩相关基因—FBXO32高度表达。通过遗传图谱分析，在4号染色体16-17Mb区域内发现了强烈的关联信号，且FBXO32就存在于该区域中，FBXO32的上调可能引起肌肉萎缩并导致后肢瘫痪。
总结
该研究通过ENU化学诱变人工加速了猪内源基因发生突变的频率，规模化制备了大动物的突变体，推动了猪作为模式大动物的发展，为猪的新品种培育和临床疾病大动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
