动物替代启动子整合数据库Animal-APdb的构建及其在跨物种转录调控研究中的应用

本研究针对动物替代启动子（AP）跨物种研究空白，开发了首个综合性数据库Animal-APdb。研究人员通过分析12个物种23,077个样本的RNA-seq数据，系统鉴定了102,349个AP事件，揭示了组织特异性AP与性状（如性别、年龄）的关联，并挖掘了增强子RNA（eRNA）和转录因子（TF）的调控网络。该数据库为探索动物基因转录调控机制提供了重要资源，发表于《Scientific Data》。

　　

基因表达的精细调控是生命科学的核心问题之一，而替代启动子（Alternative Promoter, AP）作为转录起始的关键调控元件，能够通过选择不同的转录起始位点（TSS）产生多样化的mRNA异构体。这种现象不仅增加了转录组的复杂性，还与组织发育、细胞分化和疾病发生密切相关。尽管人类研究中已发现数十万个AP事件，但动物界的AP全景仍如未开垦的荒地——虽然已知AP在小鼠大脑发育、斑马鱼信号传导等过程中发挥重要作用，但缺乏系统性研究阻碍了对其进化保守性和功能机制的深入理解。

针对这一空白，华中农业大学的研究团队在《Scientific Data》发表了开创性研究。他们整合了12个模式动物（从果蝇到人类）的23,077个样本数据，构建了首个动物替代启动子整合数据库Animal-APdb。通过GTEx和NCBI SRA等公共数据库获取RNA-seq数据后，团队采用proActiv算法量化启动子活性，结合组织特异性分析、性状关联研究和调控网络预测，绘制了跨物种AP图谱。关键技术包括：基于HISAT2的序列比对、proActiv的启动子活性计算、组织特异性线性模型、以及通过Animal-eRNAdb和JASPAR数据库预测eRNA和TF调控关系。

研究结果呈现四大发现：

1. AP事件全景图：在12个物种中鉴定102,349个AP事件，人类占比最高（38,849个），与样本量和基因组复杂度呈正相关。与EPD数据库比较验证了83.7%的人类已知AP基因。
2. 组织特异性AP：发现2,523个组织特异性AP，例如鸡的884个AP在15种组织中呈现特异性分布，提示AP可能驱动组织功能分化。
3. 性状关联AP：鉴定13,340个性状相关AP，如小鼠6,687个AP与年龄、性别显著相关，其中ACSS2基因的AP变异与肝癌的关联验证了其在人类中的保守性。
4. 调控网络解析：揭示63,854个eRNA和4,573个TF构成的调控网络，如小鼠31,671个eRNA可能通过染色质环（chromatin loop）调控9,774个AP，而人类572个TF（如Ets-1）可能通过结合启动子近端 motif 调控29,412个AP。

这项研究首次系统揭示了动物AP的进化规律和调控范式。Animal-APdb不仅填补了非人类物种AP研究的工具空白，其跨物种比较框架更为理解基因调控网络的演化提供了新视角。例如，保守的AP-性状关联（如ACSS2在癌症中的作用）暗示了关键调控节点的生物学重要性，而物种特异性AP则可能解释表型多样性。未来通过整合单细胞测序和表观遗传数据，将进一步揭示AP在细胞命运决定中的精确调控机制。该数据库的开放获取特性（CC BY-NC-ND 4.0许可）将加速基础研究与农业、医学应用的转化。