動物所利用基因編輯技術培育低脂抗寒豬

　　在我國，豬肉的消費和生產占重要地位，生豬飼養量和豬肉消費量均占世界總量的一半左右，2015年中國生豬出欄7億多頭。根據《全國生豬生產發展規劃（2016-2020年）》數據顯示，育肥豬料肉比降低0.1，全國可節約600萬噸飼料。因此，通過基因編輯技術，針對影響豬重要經濟性狀的主效基因進行遺傳修飾，可快速降低豬的脂肪沉積、提高瘦肉率和生產效率，能夠增加養豬生產的經濟效益，滿足消費者對高品質豬肉的需求，促進中國生豬產業的健康發展。

　　哺乳動物存在兩種脂肪，儲存能量的白色脂肪和消耗能量的棕色脂肪。研究表明，棕色脂肪通過消耗能量來維持體溫和抵抗肥胖。解偶聯蛋白1（UCP1）是棕色脂肪產熱和代謝調節系統的必要條件和關鍵組分。在進化過程中，現代家豬的祖先在2000萬年前丟失了UCP1基因，缺少棕色脂肪，這可能是新生仔豬對寒冷環境極其敏感的原因之一。仔豬因寒冷應激造成的死亡，影響了動物福利，更給寒冷地區的畜牧生產帶來了經濟損失。更重要的是，UCP1的缺失可能和豬易于沉積脂肪有關。脂肪的過度沉積會降低飼料報酬，增加生產成本，食用高脂肪含量的豬肉也不利于人類健康。

　　中國科學院動物研究所研究員趙建國、金萬洙，以及中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所研究員王彥芳前期合作，發現了抗寒品種豬（藏豬、東北民豬）抵御寒冷應激的分子機制，揭示了UCP3基因（UCP家族成員）與白色脂肪棕色化對豬能量代謝的重要影響。在此基礎上，科研團隊進一步利用CRISPR/Cas9介導的非同源重組整合外源片段的方式，構建了UCP1基因定點（豬內源UCP1假基因位點）敲入豬，實現了UCP1基因在豬白色脂肪組織的特異表達。試驗結果表明，UCP1豬在急性冷刺激情況下的體溫維持能力顯著優于野生型豬，能更好的抵抗寒冷環境。生產性能測定結果顯示，UCP1轉基因豬脂肪率顯著降低（減少4.89%），背膘厚度顯著降低（減少2.4mm），瘦肉率顯著增加（增加3.38%）。進一步對轉基因豬進行活動量和代謝率測定，結果表明在正常狀態下，UCP1在豬白色脂肪中的表達對豬的生理活動及能量代謝無影響。分子機制解析發現，UCP1基因通過促進脂肪水解從而使脂肪沉積減少。

　　上述工作確認了豬的內源UCP1基因的缺失，揭示了UCP1基因對豬脂肪代謝的影響機制，發現UCP1在豬的白色脂肪中表達，可以減少脂肪沉積，從而增加瘦肉率，同時提高豬的抗寒能力，為豬的新品種培育提供良好素材，也為通過基因編輯技術改良豬的數量性狀提供了概念驗證。相關研究成果以Reconstitution of functional UCP1 using CRISPR/Cas9 in the white adipose tissue of pigs decreases fat deposition and improves thermogenic capacity為題，在線發表在PNAS上。

　　研究工作得到了中科院戰略性先導科技專項、國家轉基因專項、國家自然科學基金、國家基礎研究計劃和國家高技術研究發展計劃（863計劃）等的資助。