創(chuàng)新發(fā)展綠色草原畜牧業(yè)
——記省部共建草原家畜生殖調(diào)控與繁育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

省部共建草原家畜生殖調(diào)控與繁育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱“實(shí)驗(yàn)室”）依托內(nèi)蒙古大學(xué)建立，為提升草原家畜繁殖效率、選育草原家畜新品種、建立草原生態(tài)養(yǎng)殖模式，以及內(nèi)蒙古畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級、增強(qiáng)競爭力提供科技支撐。生物學(xué)作為內(nèi)蒙古大學(xué)建校初期就設(shè)立的6個(gè)學(xué)科之一，始終秉承首任校長烏蘭夫提出的“面向草原，旁及農(nóng)林”的辦學(xué)方針，堅(jiān)持立足科學(xué)前沿，以研究和解決我國北方地區(qū)草地動(dòng)植物資源及農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中的重大關(guān)鍵問題為目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室在1986年由旭日干院士倡導(dǎo)成立的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心基礎(chǔ)上，經(jīng)過幾代人的不懈堅(jiān)守和不斷探究，逐步建立和發(fā)展起來，如今已經(jīng)成績斐然。

開啟中國畜牧業(yè)高質(zhì)發(fā)展路

內(nèi)蒙古自治區(qū)橫跨東北、華北和西北地區(qū)，東西直線距離2400公里。內(nèi)蒙古草原家畜與草地遺傳資源極為豐富，擁有豐富的動(dòng)植物基因庫，是我國重要的草牧業(yè)生產(chǎn)基地。其中，蒙古牛、蒙古羊、蒙古馬、蒙古駝等蒙古系地方品種廣泛分布于我國東北、華北和西北等省區(qū)。內(nèi)蒙古草原面積達(dá)8666.7萬公頃（13億畝），占全國草原面積的1/4，生長著1000多種飼用植物，草地資源生物總儲(chǔ)量約為680.8億千克，居全國五大草原之首，是我國最大的天然牧場。

內(nèi)蒙古草原上的牛群

立足內(nèi)蒙古自治區(qū)家畜資源優(yōu)勢，內(nèi)蒙古大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心率先開展了以家畜體外受精技術(shù)為主的哺乳動(dòng)物生殖生物學(xué)與繁殖生物技術(shù)研究。1989年3月，在旭日干的主持下，實(shí)驗(yàn)室成功培育出我國第一例試管綿羊；同年8月，成功培育出我國第一例試管牛。2000年8月，實(shí)驗(yàn)室被遴選為“哺乳動(dòng)物生殖生物學(xué)及生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。2009年，實(shí)驗(yàn)室成為“哺乳動(dòng)物生殖生物學(xué)及生物技術(shù)省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地”。

實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過數(shù)年的努力，在科學(xué)研究、學(xué)科建設(shè)、團(tuán)隊(duì)建設(shè)與人才培養(yǎng)，以及開放交流與運(yùn)營管理等方面均取得了突出成就。實(shí)驗(yàn)室在生殖生物學(xué)基礎(chǔ)研究方面，重點(diǎn)開展了生殖細(xì)胞的發(fā)生機(jī)制、受精機(jī)制、早期胚胎發(fā)育機(jī)制、體細(xì)胞克隆機(jī)制、著床發(fā)生機(jī)制等研究，取得了若干創(chuàng)新性成果；完善了體細(xì)胞克隆研發(fā)體系，牛、羊體細(xì)胞克隆理論研究與集成技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平；形成了以牛、羊及小鼠為研究對象的精原干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、組織干細(xì)胞與誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞研究團(tuán)隊(duì)；高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)肉牛與高產(chǎn)絨量絨山羊新材料研制與新品系選育取得國際領(lǐng)先的研究成果。

在各方的大力支持下，2017年9月，依托內(nèi)蒙古大學(xué)，以實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心為主體，整合生命科學(xué)學(xué)院與物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院相關(guān)科研力量，科技部批準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室成為“省部共建草原家畜生殖調(diào)控與繁育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。實(shí)驗(yàn)室立足內(nèi)蒙古，面向全國，瞄準(zhǔn)國際前沿，發(fā)揮內(nèi)蒙古地區(qū)家畜遺傳資源優(yōu)勢，以草原家畜生殖調(diào)控與繁育領(lǐng)域中的重大科學(xué)問題為導(dǎo)向，開展基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在家畜生殖調(diào)控、遺傳繁育和遺傳與環(huán)境互作三大研究方向，創(chuàng)新生殖調(diào)控理論、創(chuàng)新育種技術(shù)、解決繁殖瓶頸問題。

實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持科技創(chuàng)新，堅(jiān)持特色發(fā)展，發(fā)揮人才與技術(shù)優(yōu)勢，固本強(qiáng)基、守正創(chuàng)新，加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)和實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)，建立健全運(yùn)行管理機(jī)制，著力解決草原畜牧業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵共性問題和關(guān)鍵技術(shù)，服務(wù)于畜牧業(yè)發(fā)展與草原保護(hù)“雙贏”的總體戰(zhàn)略目標(biāo)，支撐引領(lǐng)我國綠色草原畜牧業(yè)科技創(chuàng)新和可持續(xù)健康發(fā)展，提高自治區(qū)自主創(chuàng)新能力，帶動(dòng)區(qū)域創(chuàng)新體系建設(shè)，筑牢北方生態(tài)安全屏障，為我國乃至全球的現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

揭示生殖健康新成果

母親的營養(yǎng)攝入和機(jī)體代謝對胎兒和新生兒的健康有著重要且長遠(yuǎn)的影響。母體微生物代謝物和衍生物在母胎互作及后代發(fā)育中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，母胎溝通的關(guān)鍵“黑匣子”仍存在許多懸而未決的問題，人類遠(yuǎn)未了解它對后代的健康產(chǎn)生的長期影響和意義。卵泡是維持哺乳動(dòng)物卵巢功能的基本單元，原始卵泡庫的儲(chǔ)備決定了雌性生殖周期長度。原始卵泡庫的大小在胎兒期已確定，出生后不再更新，且隨著年齡的增長，原始卵泡被不斷激活和耗竭。

2023 年年底，實(shí)驗(yàn)室課題組在國際期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表重要研究成果。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)孕期母體高脂肪飲食會(huì)引起母體腸道微生物代謝物維生素B1不足，導(dǎo)致雌性后代的生殖細(xì)胞線粒體功能異常和顆粒細(xì)胞增殖受損，進(jìn)而影響原始卵泡庫的形成。通過補(bǔ)充維生素B1可以促進(jìn)雌性后代卵巢中乙酰輔酶A代謝，從而促進(jìn)組蛋白乙酰化修飾和染色質(zhì)可及性，增強(qiáng)線粒體功能，提高顆粒細(xì)胞增殖，恢復(fù)原始卵泡的儲(chǔ)備。這項(xiàng)研究揭示了孕期母胎界面的非配子傳遞途徑在雌性后代生殖健康中的長遠(yuǎn)影響。

課題組發(fā)現(xiàn)孕期高脂飲食組的后代在出生后體重、體長和卵巢大小方面明顯低于正常飲食組。重要的是，這些后代的原始卵泡數(shù)量顯著減少，且性成熟后的卵母細(xì)胞質(zhì)量和發(fā)育潛力也顯著降低。隨后，通過對母體血清代謝組學(xué)和腸道菌群的16S rDNA測序分析發(fā)現(xiàn)，孕期高脂肪飲食引發(fā)了母體腸道菌群失調(diào)和血清維生素B1不足。糞菌移植（Fecal microbiota transplantation）實(shí)驗(yàn)證明，孕期高脂飲食導(dǎo)致的菌群紊亂降低了腸道中維生素B1的載體蛋白SLC19A3的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致母體血清中維生素B1不足。

課題組通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)深入分析，發(fā)現(xiàn)在高脂飲食組中，后代生殖細(xì)胞的線粒體功能異常，氧化磷酸化相關(guān)基因表達(dá)顯著下調(diào)。由于維生素B1的活性形式焦磷酸硫胺素（TPP）是細(xì)胞中丙酮酸脫氫酶復(fù)合物E1（PDC-E1/PDH）的重要輔酶，后者主要負(fù)責(zé)促進(jìn)丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，因此推測維生素B1不足影響乙酰輔酶A合成以降低線粒體功能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，母體維生素B1不足導(dǎo)致后代卵巢中PDH活性、乙酰輔酶A及組蛋白乙酰化水平顯著下降；而補(bǔ)充維生素B1可以恢復(fù)線粒體功能。

原始卵泡形成需要顆粒細(xì)胞增殖并侵入以包裹單個(gè)卵母細(xì)胞，通過應(yīng)用ATAC測序和單細(xì)胞聯(lián)合分析技術(shù)，課題組研究研究人員發(fā)現(xiàn)在維生素B1不足時(shí)，顆粒細(xì)胞細(xì)胞周期相關(guān)基因的啟動(dòng)子區(qū)域染色質(zhì)可及性顯著降低，顆粒細(xì)胞中增殖標(biāo)記EdU陽性的數(shù)量顯著減少，而補(bǔ)充維生素B1可以恢復(fù)顆粒細(xì)胞增殖。

這項(xiàng)研究為保護(hù)下一代健康提供了新的治療思路，即通過補(bǔ)充維生素B1來預(yù)防母體高脂肪飲食對雌性后代生殖健康的影響。