牛基因组中lncRNA TUG1染色质互作位点全景解析及其对染色质可及性的调控机制

本研究针对牛基因组中长链非编码RNA（lncRNA）与染色质互作机制未知的问题，通过ChIRP-seq技术系统性描绘了保守lncRNA TUG1在牛细胞系（MDBK、MAC-T）和肝脏组织中的全基因组染色质互作图谱，发现半数互作位点与蛋白编码基因相关，并证实TUG1通过调控染色质可及性（ATAC-seq验证）发挥表观遗传调控功能，为揭示牛重要经济性状的分子机制提供了新视角。

　　

在基因组研究的浩瀚星海中，长链非编码RNA（long non-coding RNA, lncRNA）正逐渐成为调控生命过程的暗物质。它们虽然不编码蛋白质，却能通过与DNA、RNA和蛋白质的相互作用，精密调控基因表达和表观遗传状态，影响细胞分化、发育和疾病发生。在畜牧学领域，牛作为重要农业动物，其经济性状的遗传机制解析一直是研究热点。然而，牛基因组中lncRNA如何与特定染色质区域相互作用，这些互作具有怎样的规律和功能，至今仍是未被探索的空白地带。

针对这一科学问题，来自德国莱布尼茨农场动物生物学研究所（FBN）的Rosemarie Weikard领衔的研究团队，聚焦于进化上保守的lncRNA TUG1（Taurine Upregulated Gene 1），在牛基因组中展开了系统性研究。该成果发表于《Genomics》，首次揭示了TUG1在牛细胞和组织中的全基因组染色质互作图谱，为理解lncRNA在牛表观遗传调控中的作用提供了关键证据。

研究人员采用ChIRP-seq（Chromatin Isolation by RNA Purification sequencing，通过RNA纯化分离染色质并结合测序的技术）这一高效捕获RNA-染色质互作的技术，在两种常用牛细胞系（MDBK和MAC-T）以及牛肝脏组织中绘制了TUG1的染色质结合位点。通过生物信息学分析发现，TUG1在基因组中存在大量特异性互作位点（MDBK细胞中3225个、MAC-T细胞中3587个、肝脏组织中3977个），其中约半数与蛋白编码基因相关联。尤为重要的是，不同细胞类型和组织之间存在大量一致的TUG1染色质互作位点，这与TUG1已知的广泛表达特征相吻合。进一步整合ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput sequencing，用于检测染色质开放性的技术）数据进行分析，发现TUG1的互作位点与染色质可及性区域高度重叠，提示TUG1可能通过调节局部染色质的开放状态来影响基因表达。

研究主要依托ChIRP-seq技术捕获TUG1RNA与染色质的体内结合位点，实验样本包括牛肾上皮细胞系MDBK、乳腺上皮细胞系MAC-T以及牛肝脏组织。通过高通量测序及生物信息学流程鉴定互作峰值，采用ATAC-seq数据评估染色质开放性，并利用基因组注释工具分析互作位点与基因功能的关联。

基因组范围内TUG1染色质互作位点的鉴定

通过ChIRP-seq在三种生物样本中均检测到数千个TUG1特异性结合位点，证明TUG1在牛基因组中具有广泛且特异的染色质靶向能力。

不同细胞与组织中TUG1互作位点的保守性

MDBK、MAC-T细胞与肝脏组织之间存在大量共享的互作位点，表明TUG1的染色质结合模式在不同生理环境下具有较高保守性。

TUG1互作位点与蛋白编码基因的关联

约50%的ChIRP-seq峰值位于蛋白编码基因的启动子或增强子区域，提示TUG1可能直接参与这些基因的转录调控。

TUG1互作与染色质可及性的功能耦合

ChIRP-seq峰值与ATAC-seq开放的染色质区域显著重叠，表明TUG1的结合与染色质开放性密切相关，可能通过重塑染色质结构发挥调控作用。

该研究首次在牛基因组中揭示了lncRNA TUG1的全基因组染色质互作图谱，证实其互作位点具有较高的细胞类型间保守性且广泛关联蛋白编码基因。更重要的是，TUG1结合位点与染色质可及性区域的耦合为其表观遗传调控功能提供了机制性解释。这一成果不仅填补了牛lncRNA功能研究领域的空白，也为进一步探索TUG1在牛重要经济性状（如泌乳、抗病性、生长发育）中的调控作用奠定了坚实基础，对动物遗传育种与生物医学研究均具有重要启示意义。