多组学解析欧亚杂交猪亲本效应机制揭示表观遗传调控新范式

本研究针对亲本效应(POE)调控机制这一遗传学难题，通过构建欧亚杂交猪模型，整合长读长测序与多组学技术，系统解析了DNA甲基化、组蛋白修饰和三维基因组结构对基因印记的协同调控。研究人员发现83%的相位特异性基因表达受DNA甲基化调控，同时首次在SGCE-PEG10基因座揭示甲基化依赖的CTCF介导染色质环新机制，为畜禽优势性状遗传和人类印记疾病研究提供重要理论框架。

　　

在生命科学领域，亲本效应(Parent-of-origin effects, POE)始终是困扰研究人员的遗传学谜题。这种基因表达"偏袒"现象——某些基因只表达来自父亲或母亲的拷贝，不仅影响胚胎发育和疾病发生，更是畜禽杂交优势育种的关键。然而传统研究面临三大瓶颈：缺乏明确家系信息难以追溯亲本来源、杂合位点覆盖不足导致分型困难、以及单组学数据难以揭示复杂调控网络。

江西农业大学的研究团队创新性地设计了三组欧亚杂交猪家系（大白猪×二花脸、杜洛克×两广小耳花、巴克夏×赣西两头乌），通过整合PacBio长读长测序与七种组学技术（WGS、RNA-seq、GM-seq、CUT&Tag、Hi-C等），构建了迄今最完整的猪等位基因调控图谱。研究团队开发了相位标记(phase-tag)分型策略，将分型错误率控制在0.1-0.25%，显著优于传统三重分型法。

关键技术包括：1) 基于ONT长读长的全基因组分型技术；2) 背脂和背最长肌组织的多组学平行检测；3) 5种组蛋白修饰(H3K27ac/H3K4me3/H3K4me1/H3K27me3/CTCF)的CUT&Tag检测；4) 1kb分辨率的Hi-C三维基因组分析。

实验设计及数据质量控制

研究通过欧洲商业猪种与中国地方猪种杂交，获得平均10.2百万杂合SNP的F1代，为相位分析提供充足标记。质控显示DNA甲基化呈典型双峰分布，H3K4me3修饰在物种间保守性最高，Hi-C数据可解析5kb级别的染色质互作。

相位特异性多组学信号鉴定

在背脂和肌肉组织分别鉴定到7,466和6,544个相位特异性表达基因(PSE)，其中3848个为组织共享。表观层面发现10.7万个相位特异性甲基化区域(PSMR)，H3K27ac的相位特异性峰占比达13.3%，并首次在猪中定位到7,884个相位特异性TAD边界(PSTAD)和8,573个染色质环(PSLoop)。

DNA甲基化调控的POE机制

扩展了猪印记基因库，新发现683个背脂和693个肌肉组织的类印记基因。典型案例如ADHIC基因，其母源低甲基化启动子与高表达量显著负相关(r=-0.82, p=3e-5)，甲基化敏感元件实验证实其转录调控机制。

组蛋白修饰与三维基因组的作用

发现肌肉特异性基因MUSK受母源H3K27ac增强子调控，通过CRISPR敲除实验验证其功能。在SGCE-PEG10印记簇，首次揭示ICR区域甲基化通过改变CTCF结合方向，形成相位特异性染色质环，从而调控基因的亲本特异性表达。

多组学整合解析复杂POE模型

系统阐释了H19-IGF2印记簇的经典调控机制：母源ICR去甲基化允许CTCF结合形成绝缘子，而父源甲基化破坏绝缘作用使下游增强子激活IGF2表达。三维基因组分析显示该区域存在相位特异性TAD重构，互作频率差异达3.7倍(p=0.000125)。

这项研究不仅建立了首个猪等位基因多组学资源库，更创新性地提出"甲基化-CTCF-三维结构"级联调控模型。发现83%的PSE受DNA甲基化直接调控，同时17%存在组蛋白修饰或染色质结构的协同作用，为理解复杂性状遗传提供了新视角。在应用层面，研究揭示欧洲猪种偏向脂质合成通路而中国猪种偏向羧酸代谢的分子基础，为精准育种提供理论依据。发表于《Nature Communications》的这项成果，将推动从畜禽育种到人类印记疾病的跨物种研究。