编辑推荐：
为探究 DNA 甲基化在小熊猫（Ailurus fulgens）从奶类到竹子饮食转变中对消化和代谢基因表达的调控作用，研究人员对其肝脏和胰腺进行研究。结果发现饮食转变前后 DNA 甲基化模式差异显著，该研究为小熊猫适应性分子调控提供证据。
在神奇的动物世界里，小熊猫作为一种独特的濒危半树栖哺乳动物，吸引着众多科研人员的目光。小熊猫在成长过程中，饮食发生了巨大变化，从幼年时依赖营养丰富的母乳，转变为成年后以低营养、高纤维的竹子为主食。这种饮食转变对小熊猫的生长发育影响重大，但背后的调控机制却一直是个谜。
饮食调整对动物的生长发育至关重要。在哺乳动物的成长历程中，营养环境不断变化，而早期营养条件不仅影响身体发育，还和成年后的健康状况息息相关。DNA 甲基化作为一种重要的表观遗传修饰，能在不改变 DNA 序列的情况下调控基因表达，在生物的诸多进程中都发挥着关键作用，并且会受到饮食等因素的影响。此前有研究关注大熊猫饮食转变中 DNA 甲基化的作用，然而小熊猫在这方面的情况却尚不明确。因此，深入探究小熊猫饮食转变过程中消化和代谢基因表达变化的调控机制，尤其是 DNA 甲基化在其中的作用，显得尤为迫切。
为了揭开这个谜团，四川大学生命科学学院以及成都大熊猫繁育研究基地等机构的研究人员展开了深入研究。他们以小熊猫的肝脏和胰腺为主要研究对象，依据小熊猫的喂养习惯和发育阶段，设立了无喂养组、哺乳组和成年组。研究人员通过一系列实验，最终发现小熊猫饮食转变前后 DNA 甲基化模式存在显著差异，这一发现为小熊猫适应特殊饮食的分子调控机制提供了重要的甲基化证据，也为理解小熊猫的生长发育和适应策略打开了新的窗口。该研究成果发表在《BMC Genomics》上。
研究人员开展研究时用到了多个关键技术方法。首先是样本采集，样本由成都大熊猫繁育研究基地提供，涉及肝脏和胰腺组织。之后对样本进行全基因组甲基化测序，以分析 DNA 甲基化模式。同时，结合之前研究获得的转录组数据，进行综合分析。此外，运用多种生物信息学分析方法，如主成分分析（PCA）、基因富集分析等，深入探究基因表达变化和 DNA 甲基化之间的关系。
基因表达谱概述
研究人员通过 Spearman 相关性距离聚类和主成分分析，研究了小熊猫出生后不同饮食阶段肝脏和胰腺样本的基因表达模式差异。结果显示，肝脏和胰腺样本具有明显的组织特异性表达模式。在肝脏中，哺乳和成年阶段的基因表达模式与无喂养阶段差异显著，但哺乳和成年阶段之间的差异较小，表明肝脏功能在哺乳期快速成熟。在胰腺中，成年个体与无喂养和哺乳幼崽的基因表达差异更为明显。这些结果表明肝脏和胰腺的发育和成熟时间不一致。
差异表达基因富集分析
对不同发育阶段的差异表达基因（DEGs）进行基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析后发现，在碳水化合物代谢方面，成年组肝脏和胰腺中与碳水化合物代谢相关的途径显著富集，有助于小熊猫更高效地利用竹子中的碳水化合物。在脂质代谢方面，肝脏中与胆固醇储存和代谢相关的基因在无喂养和哺乳阶段高表达，成年阶段表达下降；而成年胰腺中与 PPAR 信号通路相关的基因上调。在蛋白质代谢方面，肝脏和胰腺在不同阶段的基因表达变化，反映了小熊猫在蛋白质利用上的调整。
DNA 甲基化景观概述
对小熊猫肝脏和胰腺样本进行全基因组甲基化测序后发现，CG 型位点的甲基化水平显著高于 CHG 和 CHH 型位点，启动子区域的甲基化水平低于基因体、外显子和内含子。通过主成分分析和聚类分析，进一步证实了肝脏和胰腺样本的组织特异性，以及不同发育阶段样本的明显分离。
差异甲基化基因的鉴定
比较成年组和哺乳组的肝脏和胰腺样本后，研究人员鉴定出了差异甲基化区域（DMRs）和差异甲基化基因。在肝脏和胰腺中，都发现了大量的 DMRs，且成年组与哺乳组相比，基因体和启动子区域都存在许多差异甲基化基因。对这些基因进行富集分析后发现，它们主要富集在与细胞和器官发育、营养代谢相关的途径中。
关键基因的综合分析和可视化
研究人员整合甲基化和转录组数据进行相关性分析，发现肝脏和胰腺启动子区域的甲基化与基因表达呈显著负相关，而基因体区域的相关性则较为复杂。通过进一步分析，在肝脏和胰腺中分别鉴定出了一些关键基因，如肝脏中的脂蛋白脂肪酶（LPL），胰腺中的配对盒 6（PAX6）等，这些基因在脂质、蛋白质等代谢过程中发挥着重要作用。
综合研究结果和讨论部分可知，该研究揭示了 DNA 甲基化在小熊猫从奶类到竹子饮食转变过程中，对其消化和代谢基因表达的重要调控作用。例如，成年小熊猫中 Perilipin - 4（PLIN4）的低甲基化和高表达，可能有助于脂质储存，以适应竹子低脂肪的特点；而 LPL 的高甲基化和低表达，则可能降低脂质分解。在碳水化合物和蛋白质代谢方面，相关基因的甲基化变化也与小熊猫对竹子饮食的适应密切相关。然而，研究也存在一定的局限性，如样本量较小等。尽管如此，该研究依然为理解小熊猫等专食性动物的营养代谢机制提供了重要线索，有助于制定更有效的保护策略，同时也为其他具有特殊饮食需求的物种研究提供了参考。
