整合全基因组关联分析与转录组鉴定虹鳟肌纤维横截面积变异的数量性状位点及候选调控基因

《BMC Genomics》：QTL spanning the TGF-β2 locus is associated with muscle fiber size in rainbow trout

摘要

背景

骨骼肌生长是鲑鳟鱼养殖中体型和市场价值的关键决定因素，但将基因组变异与肌纤维大小（肥大生长的形态学指标）联系起来的机制仍未得到充分解析。肌纤维横截面积（CSA）为纤维大小提供了定量测量方法，并建立了从细胞层面到宏观生长性状的关联。

方法

我们对代表不同出肉率选育系（ARS-FY-H和ARS-FY-L）的虹鳟（Oncorhynchus mykiss）白色骨骼肌进行了组织学表型鉴定，利用高通量图像分析量化了平均肌纤维CSA和纤维数量。采用低深度全基因组测序（约1×）结合基因型填补和功能变异注释进行全基因组关联分析（GWAS）。对代表高、低CSA极端的鱼类进行RNA测序，以鉴定与肌纤维大小变异相关的差异表达基因。

结果

平均肌纤维CSA（肥大生长的形态学指标）与体重、肌肉重量、内脏重量和体长显著相关（p < 0.05），而纤维数量与大多数生长性状无显著关联，提示纤维大小的变异可能在该群体中对肌肉质量变异贡献更大。GWAS鉴定了130个SNP，主要关联信号位于2号染色体。该信号包含一个跨越约4.72 Mb的密集主要关联区间。大多数关联变异注释为非编码区，包括内含子区、基因间区和增强子关联变异。多个关联SNP与TGF-β2基因座及白色肌肉中注释的增强子染色质状态重叠。转录组比较显示，高CSA肌肉中收缩功能、细胞骨架组织和翻译相关基因表达上调，而低CSA肌肉中细胞外基质和免疫相关基因上调，与组织重塑状态一致。

结论

整合GWAS、染色质状态注释和转录组谱分析，鉴定了2号染色体上与肌纤维CSA变异相关的数量性状位点（QTL），并将TGF-β2及该区间内的其他基因确定为进一步研究的候选基因。关联变异与注释调控区域的重叠，以及高低CSA肌肉间截然不同的转录谱，为肌纤维大小变异潜在的调控机制提供了支持性证据，但仍需精细定位和功能验证以鉴定因果变异和基因。