6月17日，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)科學(xué)院“豬遺傳育種團(tuán)隊(duì)”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(jìn)化動(dòng)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(jī)理，并為下一步分子育種的開(kāi)展提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐，同時(shí)也為促進(jìn)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)。
長(zhǎng)得快更好吃 保衛(wèi)地方豬種
該研究特別針對(duì)豬重要經(jīng)濟(jì)性狀——骨骼肌生長(zhǎng)開(kāi)展研究。骨骼肌是動(dòng)物軀體最重要的組成部分，占到產(chǎn)肉動(dòng)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(dòng)物肌肉品質(zhì)的重要因素之一。過(guò)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(xì)、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(dòng)物醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)專業(yè)陳正禮教授的協(xié)助下，進(jìn)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(xì)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(dòng)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(guó)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(diǎn)，“與外國(guó)豬相比，中國(guó)土豬的生長(zhǎng)速度更慢，瘦肉率更低。如何充分科學(xué)利用我國(guó)豐富地方豬種資源，培育兼顧生長(zhǎng)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(dāng)前農(nóng)業(yè)動(dòng)物育種領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。”
“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(shuō)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(shuō)。
該研究在現(xiàn)有豬參考基因組基礎(chǔ)上，補(bǔ)充完善注釋了大量調(diào)控性轉(zhuǎn)錄本，包括19072個(gè)lncRNA （長(zhǎng)鏈非編碼RNA）， 2440個(gè)TUCPs （未知編碼潛能轉(zhuǎn)錄本）， 48232個(gè)circRNAs （環(huán)狀RNA）和1245個(gè)miRNA （小RNA）。同時(shí)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(kāi)展提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。
理想的模式動(dòng)物 助人類攻克疾病
為充分明晰豬作為重要農(nóng)業(yè)動(dòng)物和代謝相關(guān)疾病模式動(dòng)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(shí)比較了豬與人及其他模式動(dòng)物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式的差異，從啟動(dòng)子-增強(qiáng)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(jī)理，明晰了大量豬特異性基因調(diào)控模式。這也進(jìn)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。我校動(dòng)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(dòng)物同源染色體的空間構(gòu)象
同期，該團(tuán)隊(duì)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(dòng)物染色質(zhì)空間構(gòu)象與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的研究進(jìn)展。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-23560-8
