加快破解农业生物遗传基础科学问题——访青年科学家项目负责人乔木

文丨本刊记者 郭鑫

民以食为天，保障国家粮食安全是关系我国国民经济发展和社会稳定的全局性重大战略问题。习近平总书记多次强调，要把农产品质量安全作为转变农业发展方式、加快现代农业建设的关键环节，确保广大人民群众“舌尖上的安全”。

为加快破解农业生物遗传基础科学问题，提升设计育种能力，保障好“菜篮子”“肉盘子”等畜农产品稳定供给，2023年4月24日，由湖北省农业科学院畜牧兽医研究所牵头承担的国家重点研发计划——“基于全景组学解析猪肠道微生物调控肉质性状形成的遗传机制”项目启动并举行了实施方案论证会。

另辟蹊径探索肉质性状遗传改良新路径

“国内外以往在肉质性状方面的研究主要从宿主的基因入手，虽然取得了一些进展，却不能很好阐明肉质性状形成的机制。微生物作为宿主的第二基因组，数量庞大、种类繁多，它们定植于宿主体内，在调节宿主生理机能、代谢和免疫功能等方面发挥着非常重要的作用，是影响猪健康和重要经济性状表型的重要因素之一。”项目负责人、湖北省农业科学院畜牧兽医研究所研究员乔木介绍，通过研究肠道微生物对动物肌肉发育和脂肪沉积的影响，可以为肉质性状遗传改良提供新思路和新路径。

猪肉是我国居民日常生活“肉盘子”中不可或缺的产品，随着国民经济的快速发展，以及人民生活水平的不断提高，消费者对于优质猪肉的市场需求激增，而如何有效提高猪肉的品质也成为相关领域的研究热点。近年来，有研究发现，在分别将金华猪和长白猪的粪菌移植至小鼠肠道中后,与长白猪粪菌受体小鼠相比,金华猪粪菌受体小鼠血清中甘油三酯和脂蛋白脂肪酶活性显著增加,并且肌肉中脂肪代谢相关分泌蛋白angiopoietin-like4显著上调。而脂肪型猪的菌群移植使得无菌小鼠肌肉中肌球蛋白重链7基因表达水平升高，肌球蛋白重链4基因表达水平降低,导致小鼠慢肌纤维的比例增多而快肌纤维的比例减少。这两项研究分别表明肠道微生物可以影响脂质代谢，而肠道菌群可以影响肌纤维类型转化。

据了解，肌纤维直径、肉色和肌内脂肪（Intramuscular Fat，IMF）含量等是影响猪肉品质的重要因素。其中，IMF是指沉积在肌束和肌纤维之间的脂肪，一定程度上决定了肉的嫩度、风味和多汁性，是影响猪肉品质的关键因素之一。目前已知IMF在改善肉质方面主要有两种途径，一是在肌内脂肪氧化时通过溶解肌纤维束来提高肉的嫩度和多汁性；二是当肌内脂肪中含有较高水平的磷脂时，通过美拉德反应产生风味物质，进而改善肉质的口感。因此，通过研究肠道微生物对脂质代谢的影响，以及肠道菌群对肌纤维类型转化的影响，可以帮助人们对肉质性状的形成具有更加深入的了解。

当前，有关肠道微生物的研究正引起越来越多研究者的关注，但在相关领域内还存在很多亟待解决的问题。乔木表示，目前在关于肠道微生物的研究上，主要面临四方面问题：一是以往对于猪肠道微生物与宿主性状相关性研究主要围绕微生物的空间变化和结构组成，以及微生物功能挖掘等方面，没有考虑到二者的互作关系。二是在样本采集方面通常是采集粪便，粪便样本虽然能在某种意义上作为全肠道内容物的代表，但由于各肠段中微生物的结构组成和功能作用又有显著的差异，这意味着使用粪便取代肠道内容物作为样本进行研究存在着局限性。三是目前大多数实验多采用不同品种猪进行对比，不能在实验中完全消除遗传背景的差异。四是在微生物筛选方面，大多采用16s rDNA的方法，只能测到属的水平，不能具体到种的水平，且不能反应基因表达的差异。

基于上述问题，乔木带领项目成员从不同发育阶段，不同部位入手，开展多组学联合，全面解析宿主基因与功能菌群及其代谢物在肌肉和脂肪的生长发育过程中的动态互作机制，从分子层面精细绘制猪肌肉发育及肌内脂肪沉积的宿主基因-代谢物-微生物动态调控网络图谱，全景式解析猪肉质性状分子特征特性及遗传机制。由于肉质性状需要屠宰测定，难以进行活体测定，使得遗传改良进展缓慢，亟需能有效提高选育准确性和育种效率的育种新技术。针对这一情况，项目组创建基于微生物、代谢标记物、基因组为一体的猪肉质性状活体评估模型，在经历一系列科技攻关后，实现了肉质性状的早期、快速、精准的活体评估，进一步丰富了肉质性状遗传基础研究，为肉质性状遗传改良提供理论与技术支撑，对优质猪产业健康发展具有重要意义。

“硒都黑猪”

目前，“硒都黑猪”猪种已通过国家畜禽新品种审定，实现了湖北省30多年来生猪国审品种“从0到1”的重大突破，在襄阳市、恩施土家族苗族自治州、神农架林区等地得到示范推广，形成年出栏10万头的优质黑猪繁育体系,是优质黑猪养殖及高端优质猪肉生产首选种源。

自主培育奠定项目开展坚实基础

“在猪种选取上，我们以国审生猪新品种‘硒都黑猪’为研究对象，对其肠道功能微生物在肉质性状方面的相关影响进行研究鉴定，并构建肉质性状活体估测模型，丰富肉质性状遗传基础研究，为肉质性状遗传改良提供理论与技术支撑。”乔木介绍，该猪种前后历经12年科研攻关，最终通过以全基因组育种为核心的“4.0”生物育种技术培育而成，是国内首个完全利用自有资源培育的优质猪新品种，为项目的顺利开展打下了坚实基础。

猪种选取是关系项目最终成果的重要基础条件，为保障研究顺利进行，乔木和组内成员以团队自主培育的国审生猪新品种“硒都黑猪”为研究对象。该品种以湖北省地方猪种——恩施黑猪为基础，引入梅山猪和湖北白猪等遗传资源，充分结合了恩施黑猪适应性强、病少好养、肉质优良，梅山猪繁殖性能好，以及湖北白猪生长速度快、瘦肉率高等优点，对湖北省特殊的高（低）温高湿环境以及山区环境表现出良好的适应性。目前，该猪种已通过国家畜禽新品种审定，实现了湖北省30多年来生猪国审品种“从0到1”的重大突破，在襄阳市、恩施土家族苗族自治州、神农架林区等地得到示范推广，形成年出栏10万头的优质黑猪繁育体系,是优质黑猪养殖及高端优质猪肉生产首选种源。

“‘硒都黑猪’瘦肉率53.12±2.34%，肌内脂肪含量3.45±0.32%，是肉质好、蓄脂能力强的优质猪种。我们在培育过程中，创新建立了以整合先验信息的基因组选择为核心的‘表型精准测定+多组学信息挖掘+遗传评定信息分析’优质猪高效育种技术体系，为优质猪育种提供了理论与技术支撑。”乔木介绍，“硒都黑猪”在品种培育过程中实现了多方面创新，这也是它能够作为项目研究对象的重要原因。

自2022年5月申报以来，项目组先后进行了预申报、正式申报、答辩等各项流程，最终成功获批立项。作为“十四五”国家重点研发计划，项目经历了严格细致的申报审批环节，建立了项目主持人和任务负责人负责制、目标责任制、动态管理机制和成果权益分享机制等科学合理的管理机制，全力保障项目高质量实施。目前，项目已经顺利启动，并参加了“十四五”国家重点研发计划生猪种业融合创新共同体交流会议，乔木及组内成员在会上就项目的目的意义、研究内容、管理方案与下一步工作计划等进行了汇报。乔木表示，针对与肉质性状相关的肠道微生物挖掘、鉴定与功能验证是本项目研究的重点和难点，通过团队成员的不懈努力，目前已积累的肠道微生物分离鉴定经验，能够保障项目的顺利实施。接下来，将进一步加强项目管理，加大人才培养，提高经费使用监管力度，积极推进项目进度，努力把项目做深做强。

作为青年科学家项目，乔木此次获得的国家重点研发计划青年科学家项目资助，也是湖北省属单位青年科学家首次获批立项。乔木表示“国家通过这一系列政策、项目和基金的支持，让青年科学人员迈上了更加广阔的舞台，进一步增强了科研自信。项目成员将持续围绕国家需求，坚持问题导向，不断为现代农业建设发展贡献更多力量。”