iMeta | 基因组所唐中林团队揭示猪复杂性状形成的遗传和表观遗传基础

　　

　　

2024年12月15日，《iMeta》以封面文章形式在线发表了基因组所(大鹏湾实验室)唐中林团队的最新研究论文"Multiomics analysis reveals signatures of selection and loci associated with complex traits in pigs"。该研究通过对中外猪种的基因组、转录组和甲基化组数据进行整合分析，解析了猪复杂性状形成和表型分化的遗传基础，揭示了中外品种猪骨骼肌生长发育和产肉性状差异等形成的表观调控机制。

经过多年的自然选择和人工选择，西方猪种的生长速度和背膘厚等经济性状受到强烈选择，与东方猪种呈现显著差异。与表型相关的关键基因的发现加速了猪遗传改良的进展，但猪复杂性状和表型分化的遗传基础尚不清楚。研究人员利用PacBio HiFi和 Hi-C等技术对七个猪种（亚洲野猪、巴马香猪、藏猪、蓝塘猪、大白猪、巴克夏猪和皮特兰猪）进行测序，从头组装了七个高质量的基因组，并结合 Sscrofa11.1参考基因组和该团队之前报道的陆川猪基因组等共9个基因组构建了高分辨率的泛基因组。基于此，研究人员鉴定了134.24 Mb 非冗余非参考序列、1,099 个新基因和187,927个结构变异 (SV)。为探讨脂肪型和瘦型猪的遗传及表型差异，研究人员进一步对1,081头猪的全基因组重测序数据进行分析，识别出30,143,962个单核苷酸多态性（SNPs）和5,496,594个插入缺失（INDELs），其中5,277,943个SNPs是本研究新发现的。通过群体结构分析和选择扫描分析，研究人员鉴定到1,625个潜在的受选择基因，其中东方家猪和西方家猪受选择基因分别为925和700个。结合分子、细胞实验验证，发现BRCA1基因突变与猪的脂肪细胞生长以及脂肪沉积相关，而ABCA3基因的变异与猪的免疫反应和肺损伤相关。

图1 | 猪泛基因组构建和遗传变异解析

为了探究东方家猪（EAD）与西部家猪（WAD）在产肉性状上存在显著差异的分子机制，研究团队比较了两个代表性品种-脂肪型通城猪（TC）和瘦肉型长白猪（LDR）27个时间点的骨骼肌生长发育轨迹。结果显示，LDR在160日龄时的体重超过TC的两倍，两者在骨骼肌生长发育上存在不同步的现象。结合转录组数据，揭示了两种类型的猪在骨骼肌生长发育过程中的异时性，LDR在孕期出生前显示出更强的肌细胞增殖能力，而TC则在出生前加速了肌细胞的成熟。对检测到的4,947个和1,184个在出生前和出生后不同进展的基因（DPGs）做功能富集分析显示，LDR加速基因主要涉及细胞周期，而TC加速基因则与细胞分化和成熟相关。进一步通过全基因组重亚硫酸盐测序分析（WGBS）发现，TC的CpG甲基化水平高于LDR。相关性分析显示，选择性扫除基因在基因体中的调控关系增强，而在启动子区域则有所减弱，揭示了自然和人工选择通过DNA甲基化重塑全局基因表达模式的机制。其中候选基因GHSR能够促进肌细胞的增殖，但抑制其分化和融合，其内含子区域C>T的突变对240日龄时屠宰体重的遗传效应达4.22 kg。本研究为理解猪表型变异的分子机制和加强猪的遗传改良计划提供了重要的理论依据和宝贵的基因资源。

图2 | 东西方猪骨骼肌生长发育差异

该研究被选为iMeta期刊最新一期封面文章。基因组所(大鹏湾实验室)已出站博士后刘磊（现就职于崖州湾国家实验室）、易国强研究员、博士后姚一龙、刘毓文研究员和凌恩生物科技（深圳）李江等为共同第一作者，基因组所(大鹏湾实验室)唐中林研究员、易国强研究员和瓦赫宁根大学的Martien A. M. Groenen教授为共同通讯作者。基因组所(大鹏湾实验室)李奎教授和杨亚岚副研究员、中山大学陈瑶生教授和莫德林教授、中国农科院畜牧所王立贤研究员、张龙超研究员和潘章源研究员、美国农业部动物基因组学和改良实验室George E. Liu研究员和高亚辉副教授、安徽农业大学殷宗俊教授、黑龙江农科院畜牧所刘娣研究员和张冬杰研究员、广西兽医研究所廖玉英研究员、云南农业大学刘永刚教授、丹麦奥胡斯大学房龄昭助理教授、美国北卡罗来纳州立大学蒋纪才助理教授、河南农业大学李新建教授和黄河天博士、南京农业大学吴望军副教授、江西农科院畜牧兽医研究所周泉勇副研究员、湖南农业大学刘梅副教授等对这项研究提供了帮助。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金及中国农科院重大攻关任务等项目资助。

期刊封面

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/imt2.250