西北农林科技大学姜雨教授团队解析了家牛LCORL和STC2基因中促进体型和生长速度增加的关键因果突变

近日，姜雨教授团队在基因组学研究领域取得重要进展，成功鉴定出能够显著影响家牛体型和生长速度的关键基因突变。相关研究成果已发表于国际知名期刊《Genomics, Proteomics & Bioinformatics》（GPB），为肉牛高效育种提供了精准的靶点，同时也能用于其他畜禽的体型改良。
 
　　研究团队基于现有基因组数据，创新性地采用祖先重组图分析方法，追溯了家牛基因组变异过去约1000年的变化特征，锁定了与体型增加紧密相关的LCORL和STC2两个基因座。在中欧地区西门塔尔和夏洛莱肉牛品种中发现位于LCORL基因的移码突变（rs384548488，ACT→A），其日增重平均增加了71克。该变异导致LCORL基因的一种转录本（PALI2）丢失PIP功能域，从而显著减弱PRC2复合物介导的H3K27me3修饰，加速个体生长。在中欧山地血统的原始褐牛及其衍生品种中，该等位基因接近固定，而在英国肉牛中几乎缺失，体现了近期的人工选择即能在品种间刻画出强烈的等位基因频率差异。为验证这些基因变异的功能，研究人员在小鼠中使用CRISPR?Cas9技术模拟家牛中的rs384548488突变，证实纯合突变小鼠九周龄体重平均增幅可达约11%，且组织H3K27me3水平显著下降，揭示了突变通过影响组蛋白修饰而促进生长的分子机制。
 
　　该研究最引人瞩目的发现之一是，导致LCORL基因中PIP结构域丢失的突变不仅在家牛群体中呈现显著的受选择模式，而且在绵羊、山羊、猪、马、犬、兔和鸡等七个驯化物种中以相似的形式独立出现，构成了横跨八大经济动物的趋同受选择景观。在猪中，与之功能等效的变异是rs69723117，欧洲主要肉用商用品系比如杜洛克猪、约克夏猪、长白猪，几乎全部固定该等位基因。而亚洲及欧洲野猪中仅在一只乌克兰野猪检测到该突变，体现了强烈的育种选择。家养绵羊中导致LCORL基因丢失PIP结构域丢失的突变，则是在6号染色体38076935?38076936 bp 位置上的10 bp 缺失。野生绵羊中未检测到该突变。具有该突变型等位基因的美利奴羊群体在LCORL基因座呈现出显著延长的单倍型片段，表明近期的选择清扫特征。在兔中，2号染色体8433339 bp位置是一个导致LCORL基因丢失PIP结构域的插入突变。该突变在大体型的新西兰大白兔和巨型花明兔中几乎固定，但是在体型较小的荷兰兔中频率只有0.11。鸡群体内出现了无义突变rs317817652，该变异在红原鸡的滇南亚种中频率约0.19，而在其他四个亚种中缺失。中国地方鸡的全基因组关联分析表明，携带该等位基因的个体在多个生长性状上具有统计学显著的增大效应。此外，在山羊、马和犬的基因组中亦检测到导致LCORL的PIP结构域完全丢失的截短突变，既往研究报道这些突变分别与山羊肩高、马体尺和狗体型增大相关。综合来看，在牛、绵羊、山羊、猪、马、犬、兔和鸡中，LCORL基因丢失PIP结构域趋同导致个体生长增加。这种反复独立的遗传变异强调了其在家养动物生长性状中的高可重复性与高安全性，为基因编辑育种提供了宝贵的天然模板。
 
　　除LCORL外，作者还在英国海福特和安格斯肉牛中发现位于STC2基因的错义突变A60P（rs42661323），与不含此基因突变的相比，其日增重平均增加了31克。STC2蛋白作为胰岛素样生长因子活性负调控因子，其A60P替换预计削弱与PAPPA蛋白的结合，降低对IGF信号的抑制。在基因编辑小鼠中，这一单碱基替换同样表现出剂量依赖的体重和体长增长，纯合突变小鼠九周龄体重大约增加11%。
 
　　该研究从基因至个体、从家畜到啮齿动物的系统验证充分说明：LCORL移码突变和STC2错义突变共同构成了影响哺乳动物体型的关键遗传因素，其中前者通过八个家养物种的平行基因截短事件彰显了突变性状选择的高可重复性，后者则揭示了生长轴另一层面的调控潜力。作者指出，这两处天然变异既来源于长期人工选择，又在功能验证中显示出安全且显著的表型增益，因而为未来基于基因编辑的精准育种提供了可直接转化的候选位点，同时也为理解生长相关基因在不同物种间的适应性演化提供了新范式。该研究由姜雨教授主导，博士生白凤庭和博士后蔡钰东为共同第一作者，得到国家重点研发计划（2022YFF1000100, 2023YFD1300402）、国家自然科学基金（U21A20120）和陕西省畜禽育种“两链”融合重点项目（2022GD-TSLD-46-0401）的资助。
 
　　原文链接：https://academic.oup.com/gpb/advance-article/doi/10.1093/gpbjnl/qzaf025/8081792



日期：2025-08-15