人才强校｜中国农大俞英教授团队在反刍动物表观遗传调控复杂性状领域取得新进展

中国农大新闻网讯 12月8日，中国农业大学动物科学技术学院俞英教授团队在国际知名杂志《BMC生物学》（BMC Biology）上在线发表研究论文《比较表观基因组揭示反刍动物特异性调控元件对复杂性状的影响》（Comparative epigenomics reveals the impact of ruminant-specific regulatory elements on complex traits）。本研究从表观基因组进化的角度，以肝脏作为代表性组织，系统地注释了三种主要反刍动物（牛、绵羊和山羊）的调控元件进化特征信息，并为深入了解表观基因组功能区域对复杂性状的调控作用提供了理论依据。

在过去的十多年中，大量的GWAS研究已经成功地鉴定了家畜中数十万个与复杂性状和疾病相关的遗传变异。但是，由于这些遗传变异大多位于非编码区，因此很难解释这些遗传变异在复杂性状中发挥作用的机制。牛、绵羊、山羊等反刍动物作为陆生食草动物，不仅具有独特的物种分化历史，而且在现代畜牧业中发挥着重要的经济作用。因此，鉴定反刍动物的调控元件并解析其在反刍动物进化中的调控机制，可为畜禽遗传改良提供重要的理论依据。

本研究通过整合137个表观基因组（包括染色体免疫共沉淀测序（H3K4me3和H3K27ac）、 全基因组重亚硫酸盐测序数据、染色质开放性测序数据等）和转录组测序（RNA-seq）数据集，系统地鉴定了三种主要反刍动物（牛、绵羊、山羊）和三种非反刍动物（猪、小鼠、人）的肝脏表观基因组调控元件（启动子和增强子），通过保守性分析，初步获得了反刍动物中调控元件的进化特征，并鉴定了6,359个反刍动物特有的增强子和启动子。

该研究进一步整合多组学分析，包括来自牛的大规模eQTLs和GWAS汇总数据集，表明利用跨物种表观遗传基因组比较分析有助于解析基因表达和复杂性状/疾病的进化和遗传基础。

本研究发现DGAT1基因上游存在一个牛特异性增强子，且该增强子为肝脏组织特异性增强子；同时，发现该增强子区域内存在与乳蛋白率显著相关的SNP（rs384957047）。牛肝脏中DGAT1基因的表达水平受到rs384957047的显著调控，通过双荧光素酶报告实验发现，rs384957047（T > C）突变前后显著影响DGAT1基因的转录活性（t检验：P < 0.01）。这些研究结果表明，根据表观基因组修饰的进化保守性将调控元件进行分类，有助于解释反刍动物复杂性状的遗传机制。

中国农业大学动物科技学院动物遗传育种系博士生陈思倩为论文第一作者，动物科技学院俞英教授和英国爱丁堡大学/丹麦奥胡斯大学助理教授房灵昭博士为共同通讯作者，动物科技学院刘剑锋教授、张胜利教授（已故）给予了大力支持与帮助。该研究得到了“十四五”国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金中巴国际（地区）合作与交流项目、国家奶牛产业技术体系项目和世界顶尖涉农大学国际合作交流种子基金等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1186/s12915-022-01459-0

供稿：动物科学技术学院

供图：动物科学技术学院

编辑：李杨

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