6月17日，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動科學(xué)院“豬遺傳育種團隊”在《Nature Communications》上在線發(fā)表了題為“《豬不同組織基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控圖譜揭示組織特性及轉(zhuǎn)錄進化動態(tài)》（A Pig BodyMap Transcriptome reveals Diverse Tissue Physiologies and Evolutionary Dynamics of Transcription）”的研究論文。該研究為深入解析豬肉質(zhì)性狀形成的分子機理，并為下一步分子育種的開展提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐，同時也為促進豬作為人類生物學(xué)和疾病的生物學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。

 

　　該研究特別針對豬重要經(jīng)濟性狀——骨骼肌生長開展研究。骨骼肌是動物軀體最重要的組成部分，占到產(chǎn)肉動物體重的約40%。肌纖維作為骨骼肌的主要組成單元，分為慢速氧化型（I型）、快速氧化型（IIa型）、快速酵解型（IIb型）與中間型（IIx型）4種，其類型的差異是影響產(chǎn)肉動物肌肉品質(zhì)的重要因素之一。過去的大量研究通常將多種骨骼肌視作同一類組織，關(guān)于不同部位骨骼肌的遺傳和轉(zhuǎn)錄調(diào)控特性并未有精細、深入地探究。

 

　　本次研究利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，從單根肌纖維分辨率的水平揭示了I、IIa和IIb三種不同肌纖維亞型的在能量代謝、收縮能力等不同生理特性下的轉(zhuǎn)錄組差異。在我校動物醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)專業(yè)陳正禮教授的協(xié)助下，進一步完整構(gòu)建了從頭部、前肢、軀干到后肢，共47種不同部位骨骼肌的精細轉(zhuǎn)錄調(diào)控圖譜，并明確了其在能量代謝和收縮特性等方面的分子調(diào)控差異，將為農(nóng)業(yè)動物產(chǎn)肉性狀提供重要指導(dǎo)。

 

　　豬47種骨骼肌示意圖（上）利用空間轉(zhuǎn)錄組判定豬單根肌纖維的類型（下）

 

　　另一方面，我國地方豬種普遍具有肉質(zhì)優(yōu)良，但產(chǎn)肉性能不佳的特點，“與外國豬相比，中國土豬的生長速度更慢，瘦肉率更低。如何充分科學(xué)利用我國豐富地方豬種資源，培育兼顧生長性能和瘦肉率的新品種（系），特別是在低背膘厚前提下維持合適的肌內(nèi)脂肪含量，以確保肉質(zhì)優(yōu)良，也是當前農(nóng)業(yè)動物育種領(lǐng)域關(guān)注的熱點和難點。”

 

　　“豬肉的脂肪分皮下脂肪、肌間脂肪、肌內(nèi)脂肪三種。通常，我們說的這塊肉太肥，指的是皮下脂肪太厚，而豬肉好吃的關(guān)鍵，要看肌內(nèi)脂肪含量。”金龍介紹說。

 

　　該研究在現(xiàn)有豬參考基因組基礎(chǔ)上，補充完善注釋了大量調(diào)控性轉(zhuǎn)錄本，包括19072個lncRNA （長鏈非編碼RNA）， 2440個TUCPs （未知編碼潛能轉(zhuǎn)錄本）， 48232個circRNAs （環(huán)狀RNA）和1245個miRNA （小RNA）。同時采用高通量染色質(zhì)空間構(gòu)象捕獲技術(shù)（Hi-C）重構(gòu)了豬脂肪組織的三維基因組空間結(jié)構(gòu)，在二維的“線性”基礎(chǔ)上，提供了基因調(diào)控的三維“空間”信息，為下一步分子育種的開展提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。

 

　　理想的模式動物 助人類攻克疾病

 

　　為充分明晰豬作為重要農(nóng)業(yè)動物和代謝相關(guān)疾病模式動物的代表性，在四川省人民醫(yī)院李貴森教授的協(xié)助下，該研究還同時比較了豬與人及其他模式動物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式的差異，從啟動子-增強子互作這一典型的染色質(zhì)空間構(gòu)象的角度揭示了物種間差異轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機理，明晰了大量豬特異性基因調(diào)控模式。這也進一步為豬作為人類生物學(xué)和疾病的生物學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。

 

　　該研究受國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目資助。我校動物科技學(xué)院金龍副教授為第一作者，唐茜子教授、博士生胡思路等為共同第一作者，唐茜子教授和李明洲教授為共同通訊作者。

　　哺乳動物同源染色體的空間構(gòu)象

 

　　同期，該團隊師資博士后李晶也受邀在生物信息學(xué)/結(jié)構(gòu)生物學(xué)權(quán)威期刊《Computational and Structural Biotechnology Journal》發(fā)表了題為“《深刻理解二倍體基因組的染色質(zhì)三維空間構(gòu)象》（Understanding 3D Chromatin Organization in Diploid Genomes）”的綜述文章，回顧梳理了動物染色質(zhì)空間構(gòu)象與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的研究進展。

 

　　論文鏈接：

 

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