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创新发展绿色草原畜牧业

来源:  发布时间:2024-03-12

——记省部共建草原家畜生殖调控与繁育国家重点实验室

  

  省部共建草原家畜生殖调控与繁育国家重点实验室(以下简称“实验室”)依托内蒙古大学建立,为提升草原家畜繁殖效率、选育草原家畜新品种、建立草原生态养殖模式,以及内蒙古畜牧业转型升级、增强竞争力提供科技支撑。生物学作为内蒙古大学建校初期就设立的6个学科之一,始终秉承首任校长乌兰夫提出的“面向草原,旁及农林”的办学方针,坚持立足科学前沿,以研究和解决我国北方地区草地动植物资源及农牧业生产中的重大关键问题为目标。实验室在1986年由旭日干院士倡导成立的实验动物研究中心基础上,经过几代人的不懈坚守和不断探究,逐步建立和发展起来,如今已经成绩斐然。


开启中国畜牧业高质发展路


  内蒙古自治区横跨东北、华北和西北地区,东西直线距离2400公里。内蒙古草原家畜与草地遗传资源极为丰富,拥有丰富的动植物基因库,是我国重要的草牧业生产基地。其中,蒙古牛、蒙古羊、蒙古马、蒙古驼等蒙古系地方品种广泛分布于我国东北、华北和西北等省区。内蒙古草原面积达8666.7万公顷(13亿亩),占全国草原面积的1/4,生长着1000多种饲用植物,草地资源生物总储量约为680.8亿千克,居全国五大草原之首,是我国最大的天然牧场。

  立足内蒙古自治区家畜资源优势,内蒙古大学实验动物研究中心率先开展了以家畜体外受精技术为主的哺乳动物生殖生物学与繁殖生物技术研究。19893月,在旭日干的主持下,实验室成功培育出我国第一例试管绵羊;同年8月,成功培育出我国第一例试管牛。20008月,实验室被遴选为“哺乳动物生殖生物学及生物技术教育部重点实验室”。2009年,实验室成为“哺乳动物生殖生物学及生物技术省部共建国家重点实验室培育基地”。

  实验室经过数年的努力,在科学研究、学科建设、团队建设与人才培养,以及开放交流与运营管理等方面均取得了突出成就。实验室在生殖生物学基础研究方面,重点开展了生殖细胞的发生机制、受精机制、早期胚胎发育机制、体细胞克隆机制、着床发生机制等研究,取得了若干创新性成果;完善了体细胞克隆研发体系,牛、羊体细胞克隆理论研究与集成技术处于国际领先水平;形成了以牛、羊及小鼠为研究对象的精原干细胞、胚胎干细胞、组织干细胞与诱导多能性干细胞研究团队;高产优质肉牛与高产绒量绒山羊新材料研制与新品系选育取得国际领先的研究成果。

  在各方的大力支持下,20179月,依托内蒙古大学,以实验动物研究中心为主体,整合生命科学学院与物理科学与技术学院相关科研力量,科技部批准实验室成为“省部共建草原家畜生殖调控与繁育国家重点实验室”。实验室立足内蒙古,面向全国,瞄准国际前沿,发挥内蒙古地区家畜遗传资源优势,以草原家畜生殖调控与繁育领域中的重大科学问题为导向,开展基础和应用基础研究,在家畜生殖调控、遗传繁育和遗传与环境互作三大研究方向,创新生殖调控理论、创新育种技术、解决繁殖瓶颈问题。

  实验室坚持科技创新,坚持特色发展,发挥人才与技术优势,固本强基、守正创新,加强队伍建设和实验条件建设,建立健全运行管理机制,着力解决草原畜牧业发展的关键共性问题和关键技术,服务于畜牧业发展与草原保护“双赢”的总体战略目标,支撑引领我国绿色草原畜牧业科技创新和可持续健康发展,提高自治区自主创新能力,带动区域创新体系建设,筑牢北方生态安全屏障,为我国乃至全球的现代畜牧业发展作出重要贡献。


揭示生殖健康新成果


  母亲的营养摄入和机体代谢对胎儿和新生儿的健康有着重要且长远的影响。母体微生物代谢物和衍生物在母胎互作及后代发育中扮演着至关重要的角色。然而,母胎沟通的关键“黑匣子”仍存在许多悬而未决的问题,人类远未了解它对后代的健康产生的长期影响和意义。卵泡是维持哺乳动物卵巢功能的基本单元,原始卵泡库的储备决定了雌性生殖周期长度。原始卵泡库的大小在胎儿期已确定,出生后不再更新,且随着年龄的增长,原始卵泡被不断激活和耗竭。

  2023年年底,实验室课题组在国际期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上发表重要研究成果。相关研究发现孕期母体高脂肪饮食会引起母体肠道微生物代谢物维生素B1不足,导致雌性后代的生殖细胞线粒体功能异常和颗粒细胞增殖受损,进而影响原始卵泡库的形成。通过补充维生素B1可以促进雌性后代卵巢中乙酰辅酶A代谢,从而促进组蛋白乙酰化修饰和染色质可及性,增强线粒体功能,提高颗粒细胞增殖,恢复原始卵泡的储备。这项研究揭示了孕期母胎界面的非配子传递途径在雌性后代生殖健康中的长远影响。

  课题组发现孕期高脂饮食组的后代在出生后体重、体长和卵巢大小方面明显低于正常饮食组。重要的是,这些后代的原始卵泡数量显著减少,且性成熟后的卵母细胞质量和发育潜力也显著降低。随后,通过对母体血清代谢组学和肠道菌群的16S rDNA测序分析发现,孕期高脂肪饮食引发了母体肠道菌群失调和血清维生素B1不足。粪菌移植(Fecal microbiota transplantation)实验证明,孕期高脂饮食导致的菌群紊乱降低了肠道中维生素B1的载体蛋白SLC19A3的表达,进而导致母体血清中维生素B1不足。

  课题组通过单细胞转录组测序技术深入分析,发现在高脂饮食组中,后代生殖细胞的线粒体功能异常,氧化磷酸化相关基因表达显著下调。由于维生素B1的活性形式焦磷酸硫胺素(TPP)是细胞中丙酮酸脱氢酶复合物E1PDC-E1/PDH)的重要辅酶,后者主要负责促进丙酮酸转化为乙酰辅酶A,因此推测维生素B1不足影响乙酰辅酶A合成以降低线粒体功能。进一步研究发现,母体维生素B1不足导致后代卵巢中PDH活性、乙酰辅酶A及组蛋白乙酰化水平显著下降;而补充维生素B1可以恢复线粒体功能。

  原始卵泡形成需要颗粒细胞增殖并侵入以包裹单个卵母细胞,通过应用ATAC测序和单细胞联合分析技术,课题组研究研究人员发现在维生素B1不足时,颗粒细胞细胞周期相关基因的启动子区域染色质可及性显著降低,颗粒细胞中增殖标记EdU阳性的数量显著减少,而补充维生素B1可以恢复颗粒细胞增殖。

  这项研究为保护下一代健康提供了新的治疗思路,即通过补充维生素B1来预防母体高脂肪饮食对雌性后代生殖健康的影响。
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2024年5月

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