转基因猪生产性状和肉质性状特征
随着基因编辑技术在畜牧兽医产业的应用，科研人员成功制备出基因敲除或基因敲入的动物。肌肉生长抑制素（MSTN）作为一种肌肉发育的负调控子，对产肉动物的生产性能产生负面作用。在我国，猪肉是最主要的肉品，且MSTN基因敲除猪也已有实验室制备成功，大大提高了猪的经济性能，本文主要阐述MSTN基因编辑猪的生产性状和肉质性状特征，旨在MSTN转基因猪的农业推广奠定基础。
关键词：MSTN转基因猪；生产性状；肉质性状
近年来，转基因动物在我国已相继研究成功，但却并未实现在农业经济发展中的广泛推广。我国是重要的养猪大国，也是猪肉消费大国。肌肉生长抑制素（MSTN）转基因猪的成功制备使得猪的经济产能大大提高，但其生产性状和肉质性状表现如何，生长状况是否良好都是需要关注的问题。
1骨骼肌的生长发育过程
哺乳动物的肌肉发育起始于胚胎时期的生皮肌节，生皮肌节的中部向下迁移形成肌节（Myotome），随后肌节细胞分化形成肌肉前体细胞，并逐渐迁移至肢体形成机体各级躯干肌肉，其中MyOD能在生肌节中表达，通过启动肌细胞分化所需的一系列下游基因而启动生肌细胞分化，并促进成肌前体细胞形成。成肌前体细胞的分化成熟过程一般包括四个阶段，（1）是成肌细胞迅速增殖，MyOD在细胞增殖期间大量表达；（2）细胞定向到分化途径，此时MyOG表达升高；（3）细胞不可逆的退出细胞周期，这时以表达p21为标志；（4）细胞发生表型分化，即肌细胞变细变长呈纤维状，形成终末分化细胞，此时以肌管形成标志基因—肌球蛋白重链（MHC）的表达为标志，终末分化的细胞相互融合形成多核肌管。多核肌管相互融合，形成具有收缩和调节功能的纤维。肌肉前体细胞经过增殖和分化后形成一定数量的肌纤维，肌纤维的数量在出生后一般不会改变。
2MSTN对骨骼肌发育的调控
肌肉生长抑制素（myostatin，MSTN）是转化生长因子β（TransformingGrowthFactor-β，TGF-β）超家族的成员，对肌肉的生长发育起负调控作用，且其在不同物种中的作用十分保守。在小鼠、牛和猪中均发现，MSTN的基因突变和功能缺失可引起骨骼肌肥大，导致骨骼肌过度发育。目前已成功在牛、羊等反刍动物中选育出天然的基因突变品种，如比利时蓝牛、皮尔蒙特牛和Texel羊等。在新出生的小猪中，同样发现MSTN的表达与体重密切相关，体重轻的小猪MSTN表达量要高于体重重的小猪，说明猪中MSTN的选育在提高猪肉肉品产出方面同样具有重要意义。近年来，MSTN负调控骨骼肌生长发育的分子机制已被广泛研究。研究表明，MSTN在胚胎发育早期就开始表达，并能影响骨骼肌纤维的数量。体外实验证明MSTN可以通过调控骨骼肌细胞的周期、增殖和分化等过程影响骨骼肌细胞的发育。MSTN可以下调p21和cyclinE，使细胞周期阻滞在G1期，从而抑制骨骼肌细胞的增殖，即抑制肌肉发育的起始。其次MSTN可以通过Smad3抑制MyOD和myogenin等肌分化相关基因的表达，抑制成肌细胞的分化和肌纤维的融合，最终影响肌纤维形成。
3基因编辑与转基因动物的产生
转基因即把外源基因导入受体生物基因组内，使得外源基因在受体生物中稳定表达，从而达到改造生物的目的。转基因动物就是基因组中含有外源基因的动物，常用的方法和工具包括显微注射、基因枪、电破法等。其中，显微注射法是动物转基因技术中最常用的方法。基因编辑是指对基因组进行定点修饰的技术，在对受体基因组靶位点完全了解的情况下，对该位点进行基因的敲除或者插入。因此，基因编辑可以只是定点删除，不一定引入外源基因。猪的MSTN基因编辑即为敲除性质，并不引入外源基因，因此不属于传统意义上的转基因。目前，常用的基因编辑技术有三类：即人工核酸酶介导的锌指核酸酶（zinc-fingernucleases，ZFN），转录激活因子样效应物核酸酶（transcriptionactivator-likeeffectornucleases，TALNE），RNA引导的CRISPR-Cas核酸酶技术(CRISPR/Cas9)。其中，CRISPR/Cas9是Ⅱ型Crisper系统。1987年，Ishino等在K12大肠杆菌的碱性磷酸酶基因附近发现串联间隔重复序列，随后发现这种间隔重复序列广泛存在于细菌和古细菌的基因组中。后来研究人员证明这种重复序列在细菌获得性免疫过程中发挥作用。在这个系统中，位于Crisper中重复序列之间的间隔序列，可以特异性的识别相同序列的位于PAM前的外源DNA片段，从而将外源基因切断，到达保护自身的目的。2012年，Jinek等第一次在体外系统中CRISPR/Cas9为一种可编辑的短RNA介导的DNA核酸内切酶，由于其操作简单，成本低廉，且打靶效果好等优势，成为比ZFN和TALEN更常用的编辑系统。
4MSTN转基因猪的生产性状与肉质性状
猪的传统育种主要基于基因改良的方法，即杂交配种后逐代选育，存在着耗时长、低遗传力性状选择效率低等诸多缺陷，基因编辑技术在猪选育工作中的应用可以极大的改善这些现象，通过体细胞编辑与体细胞核移植技术的结合，快速获得表型理想的大型家畜动物个体。早在2013年，第1头使用CRISPR/Cas9基因敲除猪就已成功诞生。在我国，许多实验室也相继获得了MSTN基因敲除猪。MSTN基因编辑猪在生产性状上表现出怎样的优势？肉质方面会不会造成大的降低？基因敲除猪的生长状况是否良好都是需要后续关注的问题。2015年，Qian等人制备的MSTN基因敲除猪具有双肌型特征，且与正常猪相比瘦肉率提高了12%，基因突变猪中20%的猪多出1块胸骨。基因编辑的敲除优势在其他课题组也相继得到验证，除瘦肉率提高外，MSTN敲除猪的眼肌面积明显增大，脂肪含量显著降低，且背腰厚度显著降低。此外，研究证明MSTN的敲除对未对肉质造成显著影响，且这些对环境也没有造成污染，因此MSTN基因敲除猪不仅在缩短育种周期，提高肉品产出等方面具有极好的效果，同时不会造成环境污染。虽然MSTN的单等位基因敲除对猪的生长发育没有影响，但是双等位基因敲除的MSTN的仔猪在不同实验室表现出的特征不尽相同。尽管Qian等人的研究表明MSTN双等位基因敲除猪生长良好，但畅飞等人的研究却发现尽管MSTN单等位基因敲除猪可表现出生产性状的优势，但双等位基因敲除猪的生存能力却极低，表现出无法正常行走站立的特点，MSTN完全敲除以后是否会影响猪的健康状况仍需要进一步研究证实。
5结语
MSTN对骨骼肌的发育起负调控作用，通过基因编辑敲除MSTN可促进骨骼肌的生长发育，提高肉品产出。MSTN基因编辑猪具有明显的双肌特征，猪的生产性能良好，且肉质性状未发生降低。
作者：姜爱文 刘红林 陶景丽
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