T. J. 塔巴斯科在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校有点像猪女神,她的红润的、剥制标本的头颅从遗传学家劳伦斯·舒克的办公室墙上俯视下来。现在,她被本周的《自然》杂志永垂不朽——不是以名字,而是以她DNA的字母。
科学家们垂涎三尺。在过去的几十年里,他们一直在缓慢地从猪基因组中提取信息,将其应用于培育更健康、产肉量更高的猪,并尝试创建更可靠的人类疾病模型。本周T. J.基因组的草图序列(见第393页),及其详细的注释——一个“参考基因组”——将加速这两个方面的进展,甚至可能使猪能够被改造为提供用于移植到人体患者的器官。“特别是农业将快速受益,”英国爱丁堡罗斯林研究所的艾伦·阿奇博尔德说,他是该论文的主要作者之一。“猪产业在快速采用新技术和知识方面有着良好的记录。”
T. J. 是一头家养杜洛克猪(Sus scrofa domesticus),于2001年出生于伊利诺伊州。第二年,舒克和他的同事从她耳朵上的一小块皮肤中生成了一个成纤维细胞系,并委托用它来创建克隆,以便他们可以研究所有具有相同基因组的动物。一组克隆是在密苏里州哥伦比亚市的国家猪资源和研究中心(NSRRC)创建的,同时还创建了转基因猪,这些猪添加或删除了基因以模拟人类疾病。“随着对基因组知识的增加,制造这种猪变得越来越容易,”生理学家兰德尔·普拉瑟说,他是NSRRC的联合主任,该中心由美国国立卫生研究院(NIH)资助。
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美国国立卫生研究院于2003年启动了NSRRC,以鼓励猪疾病模型的研究。猪的饲养成本比啮齿动物高,繁殖速度也较慢。但是,猪和人类的解剖学和生理学之间的相似性可以弥补这些缺点。例如,它们的眼睛大小相似,感光器在视网膜中的分布也相似。因此,猪成为视网膜色素变性(一种导致失明的疾病)的首个模型。四年前,研究人员创建了一个囊性纤维化猪模型,与小鼠模型不同,该模型出现了类似于人类的症状。
德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的遗传学家和兽医埃克哈德·沃尔夫利用人类和猪的胃肠道系统和代谢之间的相似性——像我们一样,猪几乎什么都吃,然后为此受苦——开发了糖尿病模型。一种猪模型携带一种突变转基因,该转基因限制了肠促胰岛素的有效性,肠促胰岛素是正常胰岛素分泌所需的激素。携带该转基因的小鼠出现了出乎意料的严重糖尿病,但猪的糖尿病前期病情更为微妙,能更好地模拟人类疾病。“这表明了使用具有相关生理学的动物的重要性,”沃尔夫说。
现在正在开发用于其他常见疾病的猪模型,包括阿尔茨海默病、癌症和肌肉萎缩症。基因组论文中报告的112种可能与人类疾病相关的基因变异的发现将丰富这项工作。对基因组的了解也使科学家们能够尝试改造猪,使其成为人类患者器官(包括心脏和肝脏)的来源。猪器官的大小大致合适,研究人员希望创造出携带基因的转基因猪,这些基因可以欺骗接受者的免疫系统,使其不排斥移植器官。
回到农场,早期关于猪基因组的知识促成了1991年一项发现,即一种参与猪应激综合征的基因,在这种综合征中,过热、移动甚至性行为的压力会导致动物突然死亡。然后,就可以检测该基因并选择不含该基因的猪群。
拥有完整的基因组也应该有助于研究人员培育出对猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)的抗性,PRRS是一种病毒性疾病,每年给美国养猪业造成6亿美元的损失。PRRS宿主遗传学联盟(一个美国研究小组网络)已经确定了一条染色体上的一个区域,该区域会影响感染期间血液中的病毒水平。研究PRRS的阿奇博尔德说,高质量的基因组序列应该有助于研究人员精确定位负责的基因。
但猪基因组不仅仅关乎应用。主要合著者马蒂恩·格罗宁是荷兰瓦赫宁根大学的基因组研究员,他重新测序了数十种不同品系的野生和家猪的基因组,并利用这些信息表明,猪在亚洲和欧洲是独立驯化的。他还开始研究哪些基因参与了不同大陆上所需性状的选择——例如更长的脊椎以提供更多的培根。“这是好奇心驱动的研究,但它也可能在未来帮助动物育种者,”他说。