中国农大新闻网讯 近日，国际著名生物学综合期刊“eLife”在线发表我校动科学院连正兴教授团队的研究论文《CRISPR/Cas9产生的MSTNDel73C突变和FGF5敲除促进绵羊骨骼肌肌纤维增生》（A MSTNDel73C mutation with FGF5 knockout sheep by CRISPR/Cas9 promotes skeletal muscle myofiber hyperplasia）。该研究首次构建了MSTN和FGF5双基因编辑的高产肉“双肌”绵羊，揭示了双基因编辑促进肌纤维增生的分子机制。
肌肉的产量和质量是畜禽重要的经济性状，是驱动畜牧生产经济效益最大化的核心要素。羊肉味道鲜美，富含蛋白质、维生素 D、钙和铁等，是人类消费的重要肉类之一。加快培育高产优质肉羊新品种，提高肉品质是我国畜禽生物育种领域亟待解决的问题。肌肉生长抑制素（Myostatin, MSTN）和成纤维细胞生长因子5（Fibroblast growth factor 5, FGF5）分别为肌肉发育和毛发生长的负调控因子，利用 CRISPR/Cas9基因编辑技术制备MSTN和FGF5基因编辑动物，可极大改善畜禽产肉量和产毛量，强化种业“芯片”，具有巨大的经济效益。
本研究通过优化Cas9 mRNA与sgRNA的递送比例至1：10，显著提高了双等位基因纯合突变的效率。基于此制备的MSTN和FGF5双基因编辑绵羊的MSTN基因第3外显子缺失AGC 3个碱基，造成Myostatin蛋白成熟区第73位半胱氨酸的缺失，FGF5基因产生了5 bp和37 bp缺失的复合杂合突变类型，从而培育出了兼备高产肉、低脂肪沉积和高产细毛的绵羊新品种。F0和 F1代突变体都突出了高产肉的优良特性，单位面积中的肌纤维数量显著增加，表现为肌纤维增生的特性。
机制研究发现，MSTN和FGF5双基因编辑介导MEK-ERK途径激活FOSL1，活化的FOSL1一方面通过加速细胞周期从G0/G1期向S期的转换促进细胞增殖，另一方面通过抑制MyoD1的表达抑制绵羊骨骼肌卫星细胞的肌源性分化，导致融合形成的肌管数量更少、肌管直径更小，并最终导致肌纤维增生。此外，MSTN和FGF5双基因编辑可能通过激活ERK1/2抑制钙离子依赖性CaMKII的激活和CaMKII依赖性肌管驱动的不对称融合并介导肌纤维增生。本研究为优质高产肉羊新品种培育提供理论依据和参考价值，新制备的双基因编辑绵羊为骨骼肌生长发育以及肌肉萎缩和肌肉减少症等肌肉疾病提供了极好的模型。
中国农业大学为该论文的第一完成单位，动科学院博士陈明明、博士后赵越、副教授于坤为论文的共同第一作者，连正兴教授和吕锋骅副研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了农业生物育种重大项目、国家自然科学基金面上项目和国家重点研发计划的资助。
日期：2024-11-09
