转录组测序技术在猪肉质性状研究中的进展

李龙娇

（重庆三峡职业学院 404115）

随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们对猪肉产品有了更高的要求，不仅仅局限于满足猪肉的量，更多的是关注口味、口感、营养等猪肉品质方面。多年来，育种工作者致力于在满足消费者更多追求的同时，选育出对人体健康有益的肌肉脂肪含量适宜、新鲜氨基酸含量高、不饱和脂肪酸含量高、肉质鲜美的品种。在众多的育种技术中，高通量测序技术是对传统测序的一次革命性变革，几千万到几亿的碱基数字可以通过单次实验获得，从而有可能分析出一个物种的转录组和基因组的详细全貌。其中，转录组测序技术可直接测序样品中存在的RNA 分子，对每个转录本的计数可定量分析，并可映射到基因组进行注释[1]。因此，该技术在基因组数据的大规模分析中得到了广泛应用，为探索种群的基因变异和转录组结构特征提供了一条新的途径。

1 转录组测序技术

转录组测序通过对该物种的RNA 进行高通量测序，再将基因表达量通过cDNA 片段两端的Reads 序列与选中的物种参考基因组序列进行比对后计算，或注释出同源的未知基因的比对，从而筛选出表达差异的基因[1]。转录组测序的发现和寻找新信息的能力比一般应用的基因芯片技术和基因组学更强。通过转录组测序所发掘越来越多的差异表达基因或者差异表达转录本的功能注释和富集分析等生物学信息，让该技术拥有了广泛用于哺乳动物的生长发育、免疫机制、疾病诊断和药物开发领域的潜力。

2 转录组测序技术在猪肉质量研究中的应用

猪肉的品质是一个复杂的特征，与肌肉增长和脂肪含量密切相关，受到品种、环境、饲喂管理，屠宰加工方式的影响。转录组测序研究在猪肉品质的研究中，一方面着重于不同发育阶段的差异研究，以及骨骼肌的生理状态或生产性能的差异性。另一方面，该技术在以商业瘦肉型猪种（约克夏、大白、长白、杜洛克等）与地方猪种间的肉品比较为主要研究方向[2]。相比商品型瘦肉型猪种，我国一些地方的猪种虽然生长速度慢，含脂量高，但其风味和口感受到大众青睐。肌肉的生长发育过程是一个持续动态的变化过程，受到多种调控元件和转录因子的作用，如已证实的生机调节因子家族（MRFs）、肌细胞增强因子家族（MEF2）以及调控肌肉生成的上游调控因子PAX3 家族等[3]。然而其间的复杂调控体系和分子机制尚不明确，亟需生物学信息的不断深入发掘。

2.1 编码RNA 对于猪肉质的研究应用

编码RNA（mRANs）的测序是转录组测序最早开展研究的方向，mRANs 的测序分析可直接与蛋白组学相衔接，将基因的遗传信息和蛋白质功能进行相互验证，而大量的实验数据也证实了这一点。例如，有学者通过对3 种不同发育阶段的八眉猪背肌最长的转录组测序，识别出23926 个mRAN 和241 个差异微RNA（miRNAs）的基因，其中差异表达基因大多由不同的miRNAs 调控，揭示了不同生长阶段猪的骨骼肌肉差异的发育模式[4]。通过GO 和KEGG 富集分析，从江香猪和大白猪的背部最长肌群中获取的318 个差异表达基因，发现差异表达基因主要集中在一磷酸腺苷活化蛋白激酶信号通路、转录因子信号通路、丙酮酸代谢通路以及与肉质相关的4 条脂肪酸代谢通路[5]。利用mRNAs 测序在对猪肌卫星细胞Notch 1 的探索中进一步确定mRNAs- miRNAs 的调控关系并筛选到关键基因，为猪肌卫星细胞Notch 1 信号转导机制提供参考[6]。在长白猪与蓝塘猪肌肉不同发育阶段的转录组分析中，影响肌生成的候选靶基因如GSK3B、IKBKB 和ACVR1等由于差异表达被鉴定发现。同时，研究人员指出蓝塘猪比长白猪生长缓慢的原因可能与肌生成抑制关键基因在蓝塘猪体内高表达有关[7]。在对杜洛克与恩施猪、杜洛克与梅山猪、大白与恩施猪和大白与梅山猪4 个比较组进行转录组分析中，共鉴定到1799 个差异表达基因。这些差异表达基因由GO 和KEGG 分析发现主要富集于骨骼肌发育相关的生物学过程和信号通路中，如葡萄糖代谢过程、骨骼肌细胞分化、成肌细胞分化等[8]。在对苏姜猪两个生长阶段的背最长肌和腿肌进行转录组测序分析筛选出背最长肌之间的差异表达基因1655 个，背最长肌与腿肌之间的差异表达基因有383 个，同时还筛选到6 个与苏姜猪肌肉肉质性状相关的候选基因[9]。上述结论进一步解释了商业瘦肉型猪种和地方猪种在肉质上的形成差异的原因，为今后培育更优质的猪种提供参考依据。

2.2 非编码RNA 对于猪肉质的研究应用

2.2.1 miRNAs 在猪肉质中研究

测序技术的进步表明，生物过程是被调节的，而不是仅仅通过mRNA 转录来表达，还需要微RNA（miRNA)、长链非编码RNA（lncRNA)、环状RNA（circRNA）等非编码RNA（ncRNA）的参与。其中对于miRNA 的鉴定和靶标预测是近十年来研究的热点，miRNA 作为一种小的非编码RNA，通过识别同源序列和干扰转录、翻译或表观遗传过程来调节基因表达[10]。通过对长白猪、通城猪和五指山猪三种不同品系猪种的肌肉进行转录组测序，长白猪和通城猪存在差异表达基因43 个和差异表达miRNA106 个，长白猪和五指山猪存在差异表达基因145 个和差异表达miRNAs 156 个，通城猪和五指山猪存在差异表达基因92 个和差异表达miRNAs 151 个。通过构建差异性表达基因和差异性表达miRNAs 的互作网络，研究人员发现差异性表达miRNAs 主要参与调控的过程包括氧化应激过程、肌肉器官发育过程、肌肉收缩过程、脂肪酸代谢等过程[11]。

2.2.2 circRNAs 和lncRNsA 在猪肉质中研究

有资料表明，环状RNA (circRNAs）和长链非编码RNA (lncRNAs）参与到脂肪形成和肌源性分化过程中[12]，但它们对猪肌肉性状的影响机理尚不明确。研究人员通过比较商业瘦肉型猪种杜洛克和中国地方猪种淮南猪的背最长肌表达图谱，鉴定出差异表达lncRNAs 233 个，circRNAs 66 个。差异表达基因和circRNAs 靶基因富集在与脂肪形成相关的Wnt 通路、肌源性分化以及氨基酸代谢通路[10]。同样的，在对北京黑猪和夏洛克猪骨骼肌进行转录测序后，得到差异表达基因1055个，lncRNAs 322 个，circRNAs 82 个，富集结果显示差异表达的基因和lncRNAs 的靶基因主要参与骨骼肌发育和脂肪酸代谢等相关通路[13]。为丰富ncRNAs 的信息网络，研究人员还对确山黑猪和大白猪背最长肌进行转录组测序，比较了两种猪肌肉表达谱，进一步探索circRNAs 在肉质中的作用。经数据分析得到差异表达circRNAs 62 个，39 个miRNAs，404 个差异表达基因。而这些差异表达的circRNAs 的靶基因富集于正调控骨骼肌纤维收缩、骨骼肌松弛、成肌细胞增殖、AMPK 信号通路、Wnt 和Jak-STAT 信号通路等方面[14]。通过上述商业瘦肉型猪种和地方猪种背最长肌测序数据比较得知，lncRNAs 和circRNAs 参与成肌细胞的增殖、分化过程、肌内脂肪沉积和肌肉发育等过程，同时还作为肉质不同性质的分子基础调节肌肉机构[10]。尽管ncRNA 不直接参与转录过程，但它们对生物的生长发育和表型遗传的调控却是必不可少的。

3 展望

猪肉在世界肉类消费中占有重要地位，是人们生活中的主要肉制品来源。中国作为最大的猪肉消费国家，猪在中国畜牧业中占有十分重要的作用。随着高通量测序技术等生物信息技术的不断发展，相信会了解到更多的分子生物信息。届时，我们将掌握猪在不同时期、不同品种、不同饲养模式在发展过程中的基因差异和调控机制，进而为培育适应社会需求的新品种提供理论依据，从不同角度提高猪肉的品质，从而提升经济效益。