犬类基因组印记控制区（ICRs）的生物信息学鉴定及其在发育调控中的潜在作用

本研究通过创新的生物信息学方法，首次在全基因组范围内鉴定了犬类（Canis familiaris）潜在的印记控制区（ICRs）。研究人员利用ZFBS-morph overlaps（ZMOs）复合DNA元件作为分子标记，在拳师犬基因组中定位了调控MEST/PEG1、PLAGL1/ZAC1等关键印记基因的候选ICRs，为理解犬类胚胎发育和行为特征的表观遗传调控机制提供了新视角。该成果发表于《BMC Genomics》，为比较基因组学和动物模型研究提供了重要工具。

　　

在哺乳动物发育过程中，基因组印记（Genomic imprinting）作为一种特殊的表观遗传现象，通过亲本特异性基因沉默机制精确调控着约1%的基因表达。这种"分子记忆"系统依赖于印记控制区（Imprinting Control Regions, ICRs）的DNA甲基化标记，在胚胎发育、神经形成和行为调控中扮演关键角色。尽管在小鼠和人类中已发现百余个印记基因，但作为人类最早驯化的伙伴——犬科动物的印记调控图谱仍存在大片空白。这严重制约了人们理解犬类品种分化、行为特征乃至疾病易感性的表观遗传基础。

传统印记基因鉴定方法存在明显局限：或是依赖已知的鼠类同源基因进行逐一验证，或是通过耗时费力的实验筛选。面对犬类基因组注释不完善的现状，如何建立高效的全基因组筛查方法成为亟待解决的难题。更令人困惑的是，在驯化过程中是否进化出新的ICRs来调控特定性状？这些科学问题对理解犬类多样性的形成机制具有重要意义。

研究人员开发了创新的生物信息学策略，其核心在于追踪基因组中ZFBS-morph overlaps（ZMOs）这种复合DNA元件的分布特征。这些元件包含ZFP57转录因子结合位点（TGCCGC）与MLL1形态素的重叠区域，在已知ICRs中呈现簇状分布。通过Perl脚本扫描拳师犬参考基因组（canFam2），采用850bp滑动窗口计算ZMOs密度，最终通过UCSC基因组浏览器实现数据可视化。研究特别关注与人类/小鼠保守印记基因相邻的候选ICRs。

全基因组扫描揭示了多个关键候选ICRs的精确位置。在推定的MEST位点，研究在CpG174岛发现强峰信号，该区域覆盖PEG1短亚型和MESTIT1非编码RNA的转录起始位点（TSS）。这一发现与小鼠中PEG1调控母性行为的现象形成有趣呼应——缺失PEG1的雌鼠虽能正常分娩，却表现出哺育行为异常。类似地，PLAGL1位点的CpG137岛峰值恰位于ZAC1（又称LOT1）和HYMAI非编码RNA的TSS区域，该基因参与神经内分泌信号调控。

在神经发育相关基因方面，研究确认了INPP5F_V2亚型的候选ICR位于CpG153岛。这个脑特异性印记转录本在小鼠中呈现父系表达模式。更引人注目的是PEG3/ZIM2位点的发现，该印记域在哺乳动物中保守调控胎儿生长和母性行为。研究检测到的强峰信号与人类ZIM2基因的第一外显子重合，提示犬类可能通过相似机制调控"爱的激素"催产素信号通路。

对于复杂的GNAS印记域，分析定位了XLas亚型的候选ICR。这个编码特殊Gαs蛋白的转录本在神经内分泌组织中呈现父系表达，对产后能量代谢适应至关重要。值得注意的是，虽然方法成功识别了IGF2R内含子区的候选ICR（与小鼠Airn非编码RNA位点对应），却未能预测经典的H19/IGF2 ICR，这可能反映了犬类在该印记域的独特调控机制。

技术方法的核心包括：1）Perl脚本全基因组扫描TGCCGC和ZMOs位点；2）850bp滑动窗口计算ZMOs密度；3）UCSC基因组浏览器可视化分析；4）通过CpG岛和Non-Dog RefSeq基因注释进行功能关联分析。

这项研究建立了首个犬类ICRs系统预测框架，其创新性体现在三方面：首先，突破了传统"基因优先"研究模式的局限，开创了"ICR优先"的全基因组筛查策略；其次，在基因组注释不完善的犬类中，通过跨物种保守性分析验证了预测可靠性；最重要的是，为犬类行为特征（如母性关怀）和品种分化（如体型差异）的表观遗传调控提供了分子线索。

特别值得关注的是HELB基因上游新发现的候选ICR，该DNA解旋酶基因与意大利牧羊犬的体型选择相关，暗示驯化过程中可能产生了新的印记调控。同样，RBPJ转录因子亚型的候选ICR为研究犬类肌肉发育的印记调控开辟了新方向。

这些发现对动物育种和医学研究具有双重意义：在基础研究层面，丰富了哺乳动物印记进化的认知；在应用层面，为犬类行为障碍和生长异常的分子诊断提供了潜在靶点。随着犬类作为神经精神疾病模型的重要性日益凸显，这项研究建立的ICRs图谱将成为解析表观遗传-行为关联的重要工具。正如研究者强调的，动态可视化分析平台的建立（可通过Purdue University Research Repository获取数据）将使科学共同体能持续挖掘犬类印记调控的奥秘。