鉴别影响猪肌内脂肪含量的关键基因及其因果突变位点

Understanding the molecular mechanism underlying intramuscular fat content (IMF) deposition is critical for genetic improvement of pork quality. We have identified 15 quantitiative trait loci (QTL) for IMF in a large scale White Duroc X Chinese Erhualian resource population. This project will be carried out in the following steps: first, conduct a genome-wide association study to determine the common QTL for IMF shared by the resource population, Sutai half-sib families and Laiwu pig population; then refine the locations of these common QTL by deep sequencing of F0 or F1 sires from the resource population and Sutai half-sib families and identical-by-decent (IBD) mapping; next, with digital gene expression (DGE) profile in muscle from the resource population, expression QTL (eQTL) and quantitative trait transcript (QTT) as well as the gene network would be analyzed; then, integrative systems biology analyses and genome resquencing of Laiwu pigs with extreme phenotypes will be performed to identify critical genes for IMF; finally, the causal mutations in the target genes will be identified by the association analysis in outbred populations and functional assay in cells. The expected findings will not only improve our understanding of the genetic architecture of meat quality but also provide innovative pig breeding technologies.

猪肌内脂肪含量(IMF)是猪肉品质遗传改良的关键性状之一。项目组前期利用所构建的大规模白色杜洛克X二花脸资源群体鉴别到15个显著影响IMF含量的基因位点（QTL）。本项目拟在此基础上，通过资源群体、苏太公猪半同胞家系和莱芜猪群全基因组关联分析，鉴别这三个受试群体共享的QTL，并通过公畜目的区域的深度重测序和后裔同源（IBD）分析，精细定位目的QTL；进一步利用资源家系数字基因表达谱数据，开展肌肉表达QTL定位和基因表达量与表型关联的QTT分析，并构建IMF相关的基因调控网络；然后利用整合系统生物学手段，综合莱芜猪表型极端个体的基因组大尺度重测序结果，鉴别到影响IMF含量的关键基因；再通过远缘群体关联验证和细胞水平的功能分析最终发现因果突变。预期结果不仅将深入揭示肉质复杂性状的遗传本质，还将为优良肉质种猪的培育提供革新性育种手段。

肌内脂肪是影响猪肉品质的重要因素。由于它与肉的风味、多汁性和嫩度直接相关，从而对肉的价格和市场受欢迎度有很大影响。国内外一直没有分离得到影响猪IMF的关键基因和因果突变位点。基于此，课题组利用我国特有的世界上肌内脂肪含量最高的猪种——莱芜猪作为主要研究材料，结合白色杜洛克×二花脸F2资源群体、苏太猪群体、杜长大商业群体、二花脸猪群体等，采用全基因组关联分析，在猪12号染色体定位到了一个影响猪IMF的主效QTL。在此基础上，课题组采用连锁和连锁不平衡分析、单倍型分析和目标区域重测序，将该QTL精细定位到520kb左右的一个染色体区间内。结合基因表达分析、数量性状转录组分析（QTT）和eQTL定位分析，锚定了关键基因和因果突变位点。在鲁莱猪、玉山黑猪和嵌合家系F6群体中，课题组验证了突变位点与肌内脂肪含量的因果关系。该因果突变位点单个等位基因就可以提高3%的肌内脂肪含量。在因果突变位点knock-in小鼠中，也得到了高肌内脂肪含量表型。使用DNA pull-down、c2c12细胞共转染和原位杂交等技术，阐明了因果突变位点提高IMF的分子机制。课题组在完成IMF关键基因和因果突变位点分离、鉴定的同时，还对3号染色体上影响肌肉糖原含量、pH值、滴水损失、肌内脂肪含量和大理石纹的主效QTL位点进行深入解析，发现PHKG1基因的一个关键的剪切突变位点是导致该QTL效应的因果突变位点（QTN）。这是目前国际上猪数量性状遗传解析领域发现的第三个QTN。该因果突变主要发生在杜洛克这一重要西方商业猪种中，在杜长大三元杂交商品猪中，AA基因型个体较CC基因型个体易产生劣质酸肉：pH值下降 0.22，加工损失增加约1%，IMF含量下降约 0.6%，相关结果发表于PLoS Genetics。课题执行期间发表标注SCI论文7篇，申请发明专利4项。对照课题任务书，课题组圆满完成了任务书规定的所有研究任务。