王瓊萍 上海交通大學(xué)
全基因組關(guān)聯(lián)分析法（genome-wide association study, GWAS）是建立在全基因組掃描的基礎(chǔ)上進(jìn)行全基因組范圍單核苷酸多態(tài)（single nucleotide polymorphisms, SNP）挖掘，然后與性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，找出相關(guān) SNP 乃至基因。GWAS 是指在全基因組層面上，開展多中心、大樣本、反復(fù)驗(yàn)證的基因與相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)研究，全面揭示性狀發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的遺傳基因。自 2005 年首次應(yīng)用于研究年齡相關(guān)黃斑變性的應(yīng)用上以來，GWAS 在復(fù)雜疾病的研究上已經(jīng)開展了廣泛的應(yīng)用，如肥胖癥、胃癌、II 型糖尿病、肺癌、冠心病、精神分裂癥等。另外，在對豬的研究上，全基因組掃描已經(jīng)定位了許多相關(guān)骨骼生長的 SNP；并且，全基因組關(guān)聯(lián)分析已經(jīng)在各個性狀都已經(jīng)有所應(yīng)用，如繁殖、肉質(zhì)、胴體組成、生長等性狀。在高通量測序技術(shù)及基因芯片技術(shù)快速發(fā)展的情況下，GWAS 能夠檢測全基因組范圍內(nèi)的成千上萬個 SNP 效應(yīng)，通量非常高。并且在挖掘未知基因方面能夠發(fā)揮其強(qiáng)大的功能，容易發(fā)現(xiàn)新的研究領(lǐng)域。但是，也正是由于這個方法所用的樣本大、經(jīng)費(fèi)多，它也面臨著挑戰(zhàn)足夠完善的統(tǒng)計方法來處理大批量的數(shù)據(jù)，并且由于目前的技術(shù)還不是很完善，加上費(fèi)用問題，GWAS 也不是畜牧業(yè)最好的選擇。
豬的生長發(fā)育決定于遺傳因素以及環(huán)境的相互作用，而弄清這種遺傳因素所處的地位和作用，不但有利于理解豬生長發(fā)育性狀發(fā)生機(jī)理，并且有利于采用一定的方法改善生長發(fā)育性狀，為我國的養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)帶來深刻的變革。據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)豬肉的消費(fèi)占了全部紅肉消費(fèi)的四分之三（全球年消費(fèi)量為 7800 萬噸，約十億頭，我國生產(chǎn)與消費(fèi)占全球的 1/2，產(chǎn)值約 1 千億人民幣）。也就是說，豬肉是人們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅Ｖ匾氖澄飦碓础＜膊?、繁殖性狀、肉質(zhì)性狀作為公認(rèn)的比較重要的性狀已經(jīng)在這個領(lǐng)域得到了很多的關(guān)注。需要指出的是，豬肌肉生長發(fā)育同樣是重要的經(jīng)濟(jì)性狀，它影響著豬的生長速度、瘦肉率等。但是，對于豬生長發(fā)育性狀調(diào)控機(jī)理尚未清晰，嚴(yán)重阻礙了通過改良培育肉質(zhì)優(yōu)、繁殖力強(qiáng)、抗病性好各種優(yōu)點(diǎn)集于一身的豬種目標(biāo)。通過長期的研究，育種工作者對豬肌肉生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)理做了研究，也確定了一些數(shù)量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL）、候選基因（candidategenes）等，但是對于具體的發(fā)生效應(yīng)的分子機(jī)制研究得不深，能應(yīng)用到育種實(shí)踐中的尚少。在長期研究豬生長發(fā)育性狀的過程中，科學(xué)家們主要經(jīng)歷了幾個階段，其中主要采用了候選基因法、全基因組掃描法以及全基因組關(guān)聯(lián)分析法。這些方法各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。近期，本課題組又提出了候選基因集法。此種方法主要基于先驗(yàn)知識，通過比較基因組學(xué)等手段，深入挖掘性狀相關(guān)的候選基因集并進(jìn)行驗(yàn)證。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于克服了傳統(tǒng)候選基因法的單一性，也克服了全基因組水平上的盲目性，提高了檢測效率。
另外，隨著基因芯片技術(shù)的發(fā)展，使基因表達(dá)檢測水平取得了很大的進(jìn)步?；虮磉_(dá)芯片已經(jīng)全面應(yīng)用到研究上來。而基因集富集分析法（gene set enrichment analysis, GSEA）在芯片數(shù)據(jù)的分析上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。這種方法是在定義基因集的基礎(chǔ)上，通過表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)中基因表達(dá)量的分析，將這些基因針對顯著性差異程度排列之后將基因富集到已定義的基因集中。通過基因集富集分析，可以將研究定位到通路水平上來，而不是僅僅關(guān)注個別基因。相對于針對單個基因分析，通路層面的分析可以針對多個基因共同作用于相關(guān)數(shù)量性狀的發(fā)生以及彼此之間的聯(lián)系。但是，由于豬的全基因組表達(dá)芯片研究較少，還是需要從模式生物上入手來進(jìn)行豬的研究。而比較基因組學(xué)就提供了我們這樣一種工具。
再者，對于數(shù)量性狀基因座（quantitative trait loci, QTL）的研究已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的歷史，在豬的 QTL 數(shù)據(jù)庫中，已經(jīng)儲存著 6346 個來自 281 個不同研究的關(guān)于豬的 QTL。在這些 QTL 中，有相當(dāng)數(shù)量的 QTL 是關(guān)于豬的生長發(fā)育性狀的。但是，雖然這些 QTL 對于生長性狀的巨大影響已經(jīng)被檢測出來，但由于它們的跨度覆蓋了幾百甚至上千個基因，這樣就不能很好地闡釋相關(guān)的基因影響到相關(guān)性狀的具體機(jī)制。所以，我們需要用一定的方法從這些 QTL 內(nèi)的基因找出關(guān)鍵基因，再加以具體分析，旨在闡釋生長性狀的具體發(fā)生機(jī)制。同樣，學(xué)者在漫長的研究過程中也發(fā)現(xiàn)了很多單核苷酸多態(tài)（single nucleotide polymorphism, SNP），這些同樣可以成為后續(xù)研究中不可或缺的資源。由于 SNP 作為標(biāo)記的高密度性、穩(wěn)定性、易檢測等特點(diǎn)被廣泛用于連鎖分析及單體型構(gòu)建。由于對豬的全基因組研究的不完善，至今沒有一個完整的 SNP 庫的存在。
培育優(yōu)良品種、提高瘦肉比率、加快生長速度和提高繁殖率是我國養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展面臨的一個重要問題。未來我們的工作就是在本質(zhì)上揭示動物生長發(fā)育機(jī)理，為豬種的遺傳改良提供理論基礎(chǔ)并最終應(yīng)用于實(shí)踐。因此，研究豬肌肉生長發(fā)育機(jī)理具有重大的理論與實(shí)踐意義。
