组学时代农业动物遗传育种研究的机遇与挑战

　　高通量测序技术的飞速发展开启了生命科学领域组学时代的篇章。人类 ENCODE、Roadmap、 FANTOM 等计划的逐步实施，进一步加深了人们对疾病产生分子机制的理解。2015 年，动物基因组功能注解 (Functional Annotation of Animal Genomes， FAANG) 计划正式启动，其主要目标是全面而完善地注解家养动物基因组中的功能元件。该项目的启动凸显了农业动物领域相关研究的重要性，主要表现在：首先，农业动物基因组研究有利于揭示动物的进化、环境适应以及遗传选择;其次，以猪、羊和鸡为代表的物种可作为理想的生物医药模型，能够为深入理解基因型-表型决定机理提供素材。虽然人工选择已经很大程度提升了农业动物的重要性状和生产性能，但表型性状背后的生物学机制仍然知之甚少。相信 FAANG 计划的启动，将会带动组学时代下农业动物表型性状分子调控机制精细解析的巨大发展。

农业动物遗传育种研究

　　目前，高通量测序技术在农业动物研究领域的应用主要集中在利用基因组测序揭示物种驯化起源，利用转录组测序和非编码 RNA 测序(miRNA 测序和长链非编码 RNA 测序)解析不同性状表型的基因调控网络。本期专刊精选了国内在农业动物遗传育种研究领域取得重要成果的多家大学和研究机构的 10 篇综述和 2 篇研究报告，撰稿专家常年致力于传统育种与现代先进技术相结合以提高农业动物重要经济性状的相关研究，为农业动物遗传育种研究领域做出了举足轻重的贡献。专刊较为全面地介绍了从传统育种到组学时代的分子育种、从典型产肉性状到特色性状的分子机制挖掘，展示了在科学技术快速发展的浪潮中农业动物相关领域的最新研究进展，希望有助于增进国内学者对现代农业动物遗传育种领域的研究现状、难点和热点的了解。

　　全基因组重测序已经被广泛地应用于农业动物驯化起源以及经济性状遗传变异解析。其中，农业动物驯化起源的解密一直受到广大研究者的重视，对于现代家养动物起源的解析有助于人们了解品种和种群形成历史、动物对环境适应性、遗传背景塑造的基本特征以及主要性状形成的分子机制，能够为合理开展分子育种提供基本信息。赵永欣等对我国绵羊的起源、进化和遗传多样性的研究进展进行了综述，从早期的微卫星标记、SNP 芯片分子标记、拷贝数变异分子标记，到全基因组重测序层面，讲述了不同时代分子标记在绵羊进化研究中的应用，并对采用现代测序技术进行大规模数据挖掘进行了展望(详见本期 958~973 页)。

　　动物经历长时间的自然和人工选择，形成了独具特色性状的不同种群，同时，解析家养动物的驯化历史，有助于了解人类迁徙路线和文明社会形成过程。白东义等对马属动物染色体的快速进化进行了介绍，对马属动物的全基因组测序研究进行了概述，并从古 DNA 基因组研究层面综述了人类早期对马驯化过程中性状的选择，提出了马属动物泛基因组数据库构建以及“万马基因组计划”的设想(详见本期 974~983 页)。

　　随着商业化高密度 SNP 芯片和二代测序价格的极大下降，基因组选择(genomic selection，GS)越来越多地被应用于各种农业动物育种中，成为畜禽经济性状遗传改良的重要方法。谈成等从全基因组 SNP 分型策略和 GEBV 估计模型两个方面入手，对目前 GS 技术在主要畜禽品种中的应用现状进行了介绍，提出了二代测序技术在分型准确性和分析时效性上的一些问题，强调了将基因结构、甲基化区域、转录因子调控结合位点、选择信号候选区域等已知信息以单倍型信息整合进 GEBV 预测模型的重要性(详见本期 1033~1045 页)。

　　长链非编码 RNA(long non-coding RNA, lncRNA) 为长度大于 200nt、具有少量或没有蛋白质产物的转录本，其由 RNA 聚合酶Ⅱ转录。越来越多的研究表明，lncRNA 在多种层面上(表观遗传调控、转录调控以及转录后调控)参与调节关键功能基因。在农业动物上，虽然已有相当数量的研究对不同动物的 lncRNA 进行了鉴定，但目前鉴定出的可信 lncRNA 数目仍然较少。例如，猪的最新参考基因组 Sscrofa11.1 中注解的 lncRNA 只有 361 个，因此，获得不同农业动物 lncRNA 的可靠集合能够为进一步深入挖掘其功能提供必要基础。基于此，路畅等对动物 lncRNA 的特征与类型、常用数据库、生物学功能、分子调控模型以及未来 lncRNA 的研究方向进行了全面的介绍，以期为动物 lncRNA 的功能研究提供参考信息(详见本期 1054~1065 页)。

　　全基因组重测序技术在鉴定经济性状决定的重要结构变异和基因突变方面发挥着重要作用。胡鹏飞等对鹿茸高产和低产的梅花鹿进行了全基因组重测序，获得了 94 个与鹿茸重量相关的遗传变异，并结合 RNA-seq 数据对这些重要候选基因的表达量进行了分析，这些基因往往在鹿茸中呈现高表达的趋势。该研究首次通过全基因组重测序直接筛选与鹿茸重量相关的遗传变异，分析关联基因的生物学功能，对揭示鹿茸生长发育和鹿茸重量差异形成的遗传机制具有重要的意义(详见本期 1090~1101 页)。

　　动物重要经济性状决定的分子机制异常复杂，除 DNA 固有的遗传变异以外，DNA 的表观修饰以及基因的转录后调控等过程对表型性状也起着不可忽视的作用。越来越多的科研工作者开始从转录调控层面入手，为经济性状形成的分子机理解析提供了丰富的基础数据。李光奇等采用转录组测序技术对产深褐壳鸡蛋和浅褐壳鸡蛋的母鸡蛋壳腺组织进行分析，发现大量差异表达基因，这些基因可能影响褐壳鸡蛋蛋壳色素原卟啉Ⅸ的合成和积累。该研究以纯系褐壳蛋鸡为材料，选择极端表型(蛋壳颜色深浅不同)个体进行比较，控制遗传背景相对一致，从而重点关注基因表达差异在表型形成上的作用，这种实验设计方式在现代遗传育种领域较为典型 (详见本期 1102~1111 页)。

　　综上所述，我们期望本期专刊有助于提高同行对组学时代下农业动物遗传育种研究方向和重点的认识。农业动物遗传育种研究虽然已经取得了长足的发展，但我们要清楚认识到，重要经济性状的分子决定机制极为复杂，而目前基因组信息质量不高、注解信息不完善，分子调控网络也尚不健全。随着测序技术以及基因组编辑技术的飞速发展，我们相信，从多层次、采用多手段全面解析农业动物经济性状的分子机制，并采用新技术聚焦重要性状，开辟研究的新思路，在传统方法的基础上不断开拓创新，农业动物遗传育种研究领域必将迎来新的突破与进展。

　　《组学时代农业动物遗传育种研究的机遇与挑战》来源：《遗传》，作者：李明洲，赵要风，任军，蒋思文，李辉。