整合GWAS和3D基因组分析揭示大白猪眼肌深度性状的调控机制

来源：遗传育种与组学

华中农大猪基因组与育种团队整合GWAS和3D基因组分析揭示大白猪眼肌深度性状的调控机制，瘦肉猪为消费市场提供了大部分猪肉，瘦肉含量是养猪业的一个关键育种目标。猪的眼肌深度（LMD）是一个数量性状，受全基因组上多基因控制，其与瘦肉含量呈正相关，可以用来评估瘦肉含量。因此，揭示LMD的遗传机制并鉴定与LMD显着相关的基因可能会进一步提高LMD改善的效率，进而提高瘦肉含量。全基因组关联研究 (GWAS)是检测与复杂性状相关QTL区域的有效的策略，它已成功用于识别与LMD 和腰肌区域 (LMA) 相关的候选基因。然而超过90%的已识别这些变异被定位到基因组中非编码区域，目前研究对这些非编码区域的功能了解有限，表观遗传研究数据的积累为解释猪的GWAS结果提供了机会。

2023年6月20日，华中农业大学动科动医学院猪基因组与育种团队在国际知名期刊《Plos Genetics》上在线发表了题为“Integrated analysis of genome-wide association studies and 3D epigenomic characteristics reveal the BMP2 gene regulating loin muscle depth in Yorkshire pigs”的研究论文。该研究整合猪的育种芯片数据GWAS和表观基因组鉴定的顺式调控元件分析结果，在17号染色体上鉴定了一个与LMD显著相关的数量性状位点(QTL)，结合功能实验确定了BMP2基因作为主要候选基因，SNP rs1111440035和rs321846600为影响LMD性状的候选功能突变。该工作为GWAS和3D表观基因组学的整合研究提供了成功案例。

该研究以约克夏猪为研究对象，对2733头约克夏猪（YY）分别进行LMD表型和基因型测定（Porcine 50K SNP Chip），应用线性混合模型分析对LMD性状进行GWAS分析。结果发现5个SNP与LMD显著相关，均位于SSC17上的15.51至16.31 Mb区域内（跨度为0.8 Mb）。整合研究团队之前猪肌肉组织的Hi-C数据结果，发现这些显着相关的SNP均位于同一TAD区域（SSC17：15.08 至 16.76 Mb）。研究进一步注释了位于该TAD区域的基因，发现了11个基因，在这11个基因中，7个是长非编码RNA基因，而另外4个基因是编码基因。

图1 SSC17的关联结果

之前的研究已鉴定出猪基因组的顺式调控元件，为了进一步了解LMD的遗传机制，本研究探究了猪基因组顺式调控元件中的SNP与LMD性状之间的关联。为了进一步鉴定功能变异，研究使用目标区域测序技术分析了732头随机选择个体的SNP。有184个SNP与LMD显着相关，其中5个SNP位于猪基因组的顺式调控元件中，分别为chr17：15674366（rs321846600）、15683553（rs328487632）、156835577（rs319025934）、15684170和15724776（rs321766789），这5个SNP分布在BMP2的增强子区域。此外，Hi-C互作图谱和增强子-基因相关性结果显示LMD QTL区域中的增强子与BMP2启动子之间存在相互作用。这些结果表明，BMP2顺式调控元件中鉴定的SNP与猪的 LMD相关。

图2 不同方法分析验证SNP

调控区域的SNP可能通过变换转录因子（TF）结合发挥作用，研究对这5个SNP进行motif分析以进一步验证功能性结果。结果表明，这5个SNP都可能干扰转录因子结合Motif。研究采用双荧光素酶报告基因表达和EMSA功能实验来评估这些重要的候选突变功能。结果检测到1个影响BMP2增强子活性的SNP（rs321846600）和1个影响启动子活性的SNP（rs1111440035）。这些结果表明这2个SNP通过影响转录因子的结合，可能改变了BMP2基因的表达，从而影响LMD性状基因的表达。

图3 双荧光素酶报告基因和EMSA检测

总之，该研究整合了猪的GWAS和表观基因组数据（包括ChIP-seq和Hi-C），以确定LMD相关的QTL区域及候选基因。SSC17上约10kb区域被鉴定并确定为候选LMD QTL区域，BMP2基因被确定为最有可能与LMD相关的候选基因。SNP rs1111440035和rs321846600可能是影响大白猪LMD的重要候选突变。本研究首次尝试通过整合全基因组关联研究和3D表观基因组学来识别猪重要生产性状（LMD）的主要候选遗传变异和调控基因。

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