中國農大新聞網訊 近日，國際著名生物學綜合期刊“eLife”在線發(fā)表我校動科學院連正興教授團隊的研究論文《CRISPR/Cas9產生的MSTNDel73C突變和FGF5敲除促進綿羊骨骼肌肌纖維增生》（A MSTNDel73C mutation with FGF5 knockout sheep by CRISPR/Cas9 promotes skeletal muscle myofiber hyperplasia）。該研究首次構建了MSTN和FGF5雙基因編輯的高產肉“雙肌”綿羊，揭示了雙基因編輯促進肌纖維增生的分子機制。

 

　　肌肉的產量和質量是畜禽重要的經濟性狀，是驅動畜牧生產經濟效益最大化的核心要素。羊肉味道鮮美，富含蛋白質、維生素 D、鈣和鐵等，是人類消費的重要肉類之一。加快培育高產優(yōu)質肉羊新品種，提高肉品質是我國畜禽生物育種領域亟待解決的問題。肌肉生長抑制素（Myostatin, MSTN）和成纖維細胞生長因子5（Fibroblast growth factor 5, FGF5）分別為肌肉發(fā)育和毛發(fā)生長的負調控因子，利用 CRISPR/Cas9基因編輯技術制備MSTN和FGF5基因編輯動物，可極大改善畜禽產肉量和產毛量，強化種業(yè)“芯片”，具有巨大的經濟效益。

 

　　本研究通過優(yōu)化Cas9 mRNA與sgRNA的遞送比例至1：10，顯著提高了雙等位基因純合突變的效率?；诖酥苽涞腗STN和FGF5雙基因編輯綿羊的MSTN基因第3外顯子缺失AGC 3個堿基，造成Myostatin蛋白成熟區(qū)第73位半胱氨酸的缺失，FGF5基因產生了5 bp和37 bp缺失的復合雜合突變類型，從而培育出了兼?zhèn)涓弋a肉、低脂肪沉積和高產細毛的綿羊新品種。F0和 F1代突變體都突出了高產肉的優(yōu)良特性，單位面積中的肌纖維數量顯著增加，表現為肌纖維增生的特性。

 

　　機制研究發(fā)現，MSTN和FGF5雙基因編輯介導MEK-ERK途徑激活FOSL1，活化的FOSL1一方面通過加速細胞周期從G0/G1期向S期的轉換促進細胞增殖，另一方面通過抑制MyoD1的表達抑制綿羊骨骼肌衛(wèi)星細胞的肌源性分化，導致融合形成的肌管數量更少、肌管直徑更小，并最終導致肌纖維增生。此外，MSTN和FGF5雙基因編輯可能通過激活ERK1/2抑制鈣離子依賴性CaMKII的激活和CaMKII依賴性肌管驅動的不對稱融合并介導肌纖維增生。本研究為優(yōu)質高產肉羊新品種培育提供理論依據和參考價值，新制備的雙基因編輯綿羊為骨骼肌生長發(fā)育以及肌肉萎縮和肌肉減少癥等肌肉疾病提供了極好的模型。

 

　　中國農業(yè)大學為該論文的第一完成單位，動科學院博士陳明明、博士后趙越、副教授于坤為論文的共同第一作者，連正興教授和呂鋒驊副研究員為論文的共同通訊作者。該研究得到了農業(yè)生物育種重大項目、國家自然科學基金面上項目和國家重點研發(fā)計劃的資助。