动物科技学院在猪功能基因组学领域取得重要进展

2021-06-20 22:24:29作者:动科学院 审稿:付瑞琼 来源:动科学院 点击数:

  

6月17日,我校动科学院“猪遗传育种团队”在《Nature Communications》上在线发表了题为“《猪不同组织基因转录调控图谱揭示组织特性及转录进化动态》(A Pig BodyMap Transcriptome reveals Diverse Tissue Physiologies and Evolutionary Dynamics of Transcription)”的研究论文。该研究为深入解析猪肉质性状形成的分子机理,并为下一步分子育种的开展提供了重要基础数据和理论支撑,同时也为促进猪作为人类生物学和疾病的生物学模型奠定了基础。

长得快更好吃 保卫地方猪种

该研究特别针对猪重要经济性状——骨骼肌生长开展研究。骨骼肌是动物躯体最重要的组成部分,占到产肉动物体重的约40%。肌纤维作为骨骼肌的主要组成单元,分为慢速氧化型(I型)、快速氧化型(IIa型)、快速酵解型(IIb型)与中间型(IIx型)4种,其类型的差异是影响产肉动物肌肉品质的重要因素之一。过去的大量研究通常将多种骨骼肌视作同一类组织,关于不同部位骨骼肌的遗传和转录调控特性并未有精细、深入地探究。

本次研究利用空间转录组学技术,从单根肌纤维分辨率的水平揭示了I、IIa和IIb三种不同肌纤维亚型的在能量代谢、收缩能力等不同生理特性下的转录组差异。在我校动物医学院解剖学专业陈正礼教授的协助下,进一步完整构建了从头部、前肢、躯干到后肢,共47种不同部位骨骼肌的精细转录调控图谱,并明确了其在能量代谢和收缩特性等方面的分子调控差异,将为农业动物产肉性状提供重要指导。

猪47种骨骼肌示意图(上)利用空间转录组判定猪单根肌纤维的类型(下)

另一方面,我国地方猪种普遍具有肉质优良,但产肉性能不佳的特点,“与外国猪相比,中国土猪的生长速度更慢,瘦肉率更低。如何充分科学利用我国丰富地方猪种资源,培育兼顾生长性能和瘦肉率的新品种(系),特别是在低背膘厚前提下维持合适的肌内脂肪含量,以确保肉质优良,也是当前农业动物育种领域关注的热点和难点。”

“猪肉的脂肪分皮下脂肪、肌间脂肪、肌内脂肪三种。通常,我们说的这块肉太肥,指的是皮下脂肪太厚,而猪肉好吃的关键,要看肌内脂肪含量。”金龙介绍说。

该研究在现有猪参考基因组基础上,补充完善注释了大量调控性转录本,包括19072个lncRNA (长链非编码RNA), 2440个TUCPs (未知编码潜能转录本), 48232个circRNAs (环状RNA)和1245个miRNA (小RNA)。同时采用高通量染色质空间构象捕获技术(Hi-C)重构了猪脂肪组织的三维基因组空间结构,在二维的“线性”基础上,提供了基因调控的三维“空间”信息,为下一步分子育种的开展提供了重要基础数据和理论支撑。

理想的模式动物 助人类攻克疾病

为充分明晰猪作为重要农业动物和代谢相关疾病模式动物的代表性,在四川省人民医院李贵森教授的协助下,该研究还同时比较了猪与人及其他模式动物基因转录调控模式的差异,从启动子-增强子互作这一典型的染色质空间构象的角度揭示了物种间差异转录的调控机理,明晰了大量猪特异性基因调控模式。这也进一步为猪作为人类生物学和疾病的生物学模型奠定了基础。

该研究受国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。我校动物科技学院金龙副教授为第一作者,唐茜子教授、博士生胡思路等为共同第一作者,唐茜子教授和李明洲教授为共同通讯作者。

哺乳动物同源染色体的空间构象

同期,该团队师资博士后李晶也受邀在生物信息学/结构生物学权威期刊《Computational and Structural Biotechnology Journal》发表了题为“《深刻理解二倍体基因组的染色质三维空间构象》(Understanding 3D Chromatin Organization in Diploid Genomes)”的综述文章,回顾梳理了动物染色质空间构象与基因转录调控的研究进展。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23560-8

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2001037021002567


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