【研究进展】中山大学猪育种团队在大白猪基因编辑研究中取得新进展

       大白猪是目前最流行的三元杂交猪生产上的母系母本。三元猪是指用三个品种杂交出来的猪，国内最广泛应用的繁育计划是A×(B×C)，A是终端公猪，B是母系父本，C是母系母本，其中A多为杜洛克，B多为长白猪，C多为大白猪。大白猪具有分布广泛、产仔多和适应性强等优良特性，但也存在大红细胞贫血症和肉色较差等缺陷。家猪的显性白毛色目前认为是由I基因座(KIT基因)控制。KIT 基因编码肥大/干细胞生长因子受体，该受体属于酪氨酸激酶受体，通过激活AKT等信号通路，调控黑色素前体细胞迁移和造血干细胞分化等一系生物学过程。显性白等位基因I一般含有2-3个包括KIT基因在内的450kb DNA拷贝重复突变，此外，至少有一个 KIT 拷贝的第17号内含子的首个碱基发生了 G>A 点突变，造成mRNA 的可变剪接，称为剪接突变。两种突变的叠加被推测会严重影响 KIT 的功能，阻碍黑色素前体细胞的存活及迁移，最终导致大白猪的显性白毛色表型（图1），然而这尚未在家猪中得到功能验证。此外，这种复合突变可能还会影响大白猪造血干细胞分化，尤其是在红细胞成熟过程中抑制集落形成单位红细胞（colony-forming units erythroid，CFU-E）向原成红细胞（proerythroblasts, ProEry）分化，导致大白猪发生大红细胞贫血症状。

图1. 导致家猪显性白表型的KIT基因座结构性变异示意图

       为了验证KIT基因结构性变异对家猪毛色的调控作用，并改善大白猪贫血症状，中山大学猪育种团队采用CRISRP/Cas9基因编辑技术，在大白猪体细胞中对长达450kb的携带有剪接突变的KIT重复拷贝进行精确删除，通过体细胞克隆和胚胎移植，首次在大家畜中成功获得结构性变异修复的基因编辑猪（图2）。研究结果发现删除大白猪KIT基因剪接突变型拷贝并没有使得大白猪的毛色恢复成野生型毛色，揭示了大白猪白色表型的遗传基础比原先预想的更加复杂。不过令人惊喜的是，研究发现修复大白猪KIT基因结构性变异可以显著提高大白猪红细胞数量，改善大白猪的贫血症状，并能显著提高肉色（图3），这为后续改善家猪肉色创制了新的育种素材。

 图2. KIT基因编辑大白猪制作流程示意图

图3. KIT基因编辑猪肉质及血液参数分析结果

       该研究以“Impact of KIT Editing on Coat Pigmentation and Fresh Meat Color in Yorkshire Pigs”为题，于2022年10月28日在基因编辑专业期刊The CRISPR Journal在线发表。有害生物控制与资源利用国家重点实验室为第一完成单位。中山大学猪育种团队何祖勇副教授为本文的通讯作者，生命科学学院硕士毕业生梁鑫瑜和在读硕士生蓝晋为本文的共同第一作者。陈瑶生教授和刘小红研究员为本研究提供了重要指导和协调。该研究受到广东省重点研发计划-现代种业专项和广东省基础与应用基础研究基金等项目资助。

        文章链接：https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/crispr.2022.0039