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动物遗传育种团队在猪调控元件鉴定方面取得新进展

发布时间:2021-04-14  作者:  浏览次数:

南湖新闻网讯(通讯员 赵云霞 许月园)。近日,我院赵书红教授/李新云教授团队绘制了目前涵盖品种信息和组织类型最广的猪基因组启动子、增强子、开放染色质区域及三维基因组精细图谱,大规模鉴定了顺式调控元件及调控区突变位点,揭示了影响猪表型变异的潜在调控机理,为应用功能SNP位点提升猪基因组育种效率奠定了基础。

基因组调控元件精细图谱绘制猪功能基因组研究提供新工具

DNA元件百科全书(ENCODE)计划旨在全面注释基因组中的功能元件,而调控元件的功能注释是解析表型变异及基因调控机制的重要基础。尽管家猪基因组测序计划完成开启了猪遗传育种研究的新纪元,但占基因组98%的非编码区域功能研究很少,调控元件注释也尚不清晰,这严重制约了猪经济性状分子机理解析及基因组育种技术创新。为克服这一瓶颈,团队围绕ChIP-seq、ATAC-seq、RNA-seq和Hi-C等多种组学研究技术自主搭建了猪组织表观调控研究技术体系,以瘦肉型大白猪、杜洛克猪,及脂肪型恩施黑猪和梅山猪4个品种为研究对象,获得了包含12种组织的199组表观遗传调控数据。该研究鉴定出超过22万个猪基因组调控元件和3316个猪基因组新转录本,并进一步解析了猪基因组的超级增强子、活性启动子等调控元件特征,阐明了猪基因组调控元件的组织特异性及其三维空间结构对基因表达调控的影响,为猪功能基因组及性状调控机制研究提供了新资料。

不同猪种基因组顺式调控元件和三维染色质结构

调控元件及功能突变挖掘是创新猪基因组育种技术的基础

由于猪基因组调控元件与功能区突变挖掘滞后,导致猪基因组的功能位点与分子标记无法区分,基因组育种芯片设计时无法充分利用功能区域和功能位点信息,影响了基因组育种效率的提升。该研究通过整合调控元件、三维基因组及全基因组关联分析(GWAS)信息,解析了猪重要性状GWAS位点在调控元件周围的分布特征,对部分重要性状候选因果突变进行了鉴定,同时通过整合不同品种间基因组突变、表观修饰、三维基因组及基因表达变异,鉴定了一批具有潜在调控功能的重要SNP。以上成果为基因组育种技术创新及效率提升提供了丰富的数据信息,为加速猪经济性状遗传改良开辟了新路径。该成果以赵云霞副研究员、侯晔博士和博士生许月园为共同第一作者在线发表,相关工作获得国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目资助。

GWAS位点在猪基因组增强子附近的分布

英文摘要

Although major advances in genomics have initiated an exciting new era of research, a lack of information regardingcis-regulatory elements has limited the genetic improvement or manipulation of pigs as a meat source and biomedical model. Here, we systematically characterizecis-regulatory elements and their functions in 12 diverse tissues from four pig breeds by adopting similar strategies as the ENCODE and Roadmap Epigenomics projects, which include RNA-seq, ATAC-seq, and ChIP-seq. In total, we generate 199 datasets and identify more than 220,000cis-regulatory elements in the pig genome. Surprisingly, we find higher conservation ofcis-regulatory elements between human and pig genomes than those between human and mouse genomes. Furthermore, the differences of topologically associating domains between the pig and human genomes are associated with morphological evolution of the head and face. Beyond generating a major new benchmark resource for pig epigenetics, our study provides basic comparative epigenetic data relevant to using pigs as models in human biomedical research.

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-22448-x

审核人:李新云

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