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为解决区分复杂性状相关因果变异的难题，研究人员对牛 35 种组织开展等位基因特异性表达（ASE）分析，整合表观基因组数据探索机制。发现 ASE 具强组织特异性，与显性效应关联更紧密，为解析杂种优势和分子育种提供资源。
在生命科学研究领域，探寻复杂性状的遗传机制一直是重要且充满挑战的课题。随着基因组学的发展，人们发现大多数与疾病和复杂性状相关的变异位于基因组非编码区，然而，如何理解这些遗传变异对基因表达的影响、区分因果变异与连锁标记成为亟待解决的问题。等位基因特异性表达（Allele-specific Expression，ASE）作为验证表达数量性状位点（eQTL）、识别因果变异和研究杂种优势遗传机制的关键工具，在人类研究中已取得不少成果，但在 livestock 领域，尤其是牛中，大规模多组织的 ASE 分析尚缺乏系统研究。此前牛的 ASE 研究仅聚焦少数组织或受限于小样本量，难以全面评估组织特异性调控变异，而 ASE 对牛的繁殖、体型、产奶等重要经济性状的调控机制研究至关重要。在此背景下，新疆农业大学的研究人员开展了相关研究，旨在构建牛多组织 ASE 图谱，揭示其特征、机制及与显性效应的关系，该研究成果发表在《BMC Biology》。
为开展研究，研究人员从 NCBI SRA 数据库下载了 8518 个公开的 RNA-seq 样本，经数据清洗后保留 7532 个样本，覆盖 35 个组织。运用 Trimmomatic 进行质量控制，通过 STAR 和 HISAT2 进行 reads mapping，利用 GATK 工具包进行 SNP 检测和 ASE 识别。同时，整合 ATAC-seq、ChIP-seq 等表观基因组数据，并对荷斯坦奶牛中与产奶相关性状的 eQTL、剪接 QTL（sQTL）和验证的 QTL 进行分析。此外，还通过 multiplex PCR 实验对 ASE 变异与产奶性状的关联进行了验证，样本来自 1052 头中国荷斯坦奶牛。
ASE 变异的发现与特征
研究通过严格的筛选流程，共鉴定出 161,059 个独特的 ASE 变异，注释到 13,136 个基因，占所有蛋白编码基因的 66.1%。ASE 变异主要位于外显子、内含子、3' 非翻译区（3'UTR）和基因间区。ASE 变异表现出强烈的组织特异性，72.8% 的变异仅存在于单个组织，且与样本量和杂合度呈正相关。不同生物项目间同一组织的 ASE 变异平均复制率为 49.1%，生殖组织的复制率较低，显示出更高的复杂性。约 80% 的 ASE 变异等位基因表达差异超过两倍，生殖和免疫相关组织的 ASE 效应大小尤其高。此外，14.3% 的 ASE 变异具有相反的方向性，在免疫相关组织和基因中富集，可能代表更具弹性的调控机制。
ASE 变异与 eQTL 的关系
通过对 cis-eQTL 和 cis-sQTL 的分析，发现 ASE 变异在显性 cis-eQTL 和 cis-sQTL 中的富集程度高于加性效应。ASE 效应大小与显性 cis-eQTL 和 cis-sQTL 的效应大小相关性更高，且与显性 / 加性效应的 T 统计量比值（tDom/tAdd）的相关性最强，表明显性效应在 ASE 调控中起重要作用。与加性 cis-eQTL 相比，ASE 变异具有更高的组织特异性，而显性 cis-eQTL 更易在多个组织中共享。
ASE 变异的功能注释
ASE 变异在保守基因组区域富集，与 ATAC-seq 峰和 ChIP-seq 峰（尤其是活性组蛋白标记）重叠。ChromHMM 分析显示，ASE 变异在活性启动子和增强子区域均有富集，启动子区域的富集倍数更高。此外，ASE 变异在剪接位点、无义介导的衰变信号等转录后和翻译过程相关区域富集，提示其在基因调控中的多方面作用。与牛 QTL 数据库的分析表明，ASE 变异在中等或低遗传力的性状（如繁殖和健康性状）中富集。
ASE 变异与复杂性状的关系
通过对荷斯坦奶牛产奶相关性状的研究，发现 ASE 变异与显性 QTL 的效应大小和显性程度呈显著正相关。鉴定出多个与产奶性状相关的 SNP，包括位于 14 号染色体的已知位点和新的候选基因，如 CPSF1、CSN2、GHR 等，这些基因在产奶性状中表现出显性效应。
研究构建了牛多组织 ASE 图谱，系统揭示了 ASE 变异的特征、机制及与显性效应的关系。ASE 变异具有显著的组织特异性和有限的跨组织重现性，反映了组织依赖的精细调控程序。功能上，ASE 变异富集在增强子、启动子和转录后调控元件中，表明其在基因调控中的多面性。重要的是，研究发现 ASE 效应大小与分子水平（cis-eQTL/cis-sQTL）和生理水平（产奶相关 QTL）的显性指数呈强线性相关，为杂种优势的遗传基础提供了新见解。该研究不仅加深了对杂种优势和 ASE 形成遗传机制的理解，还为通过分子育种或利用杂种优势改善经济性状提供了有价值的调控变异资源，对牛育种具有重要意义，可指导 SNP 芯片设计、增强基因组选择准确性，并为基因组交配和杂交策略提供依据。
