利用长读长测序技术对猪的基因组全范围DNA甲基化进行分析，揭示了其高海拔适应机制及等位基因特异性调控现象

《BMC Genomics》：Genome-wide DNA methylation analysis in pigs using long-read sequencing unveils high-altitude adaptation and allele-specific regulation

　　

摘要

背景

第三代测序技术的出现，尤其是牛津纳米孔技术，使得可以直接检测DNA甲基化修饰，并以单碱基分辨率分析甲基化模式，从而彻底改变了表观遗传学研究。尽管这项技术主要被用于人类和细菌的研究，但在家畜和家禽领域的应用仍较为有限。在本研究中，我们利用牛津纳米孔测序技术为10个具有代表性的猪品种构建了全面的5-甲基胞嘧啶修饰图谱，同时研究了这些猪在高海拔环境下的适应性甲基化机制以及等位基因特异性甲基化现象。

结果

通过全基因组范围的测序数据整合，我们共识别出27,857,021个CpG位点，其中71.5%（19,836,456个）在不同猪品种间是共有的。通过对高海拔地区和低海拔地区的猪进行比较性差异甲基化分析，我们发现了四个候选基因（CALM1、HBB、PRKCQ和RAMP1）以及Sp1转录因子，认为它们可能是调控缺氧适应的关键因子。值得注意的是，藏猪在CALM1基因座上表现出启动子区甲基化程度降低的现象，这一现象与公共转录组数据库中记录的该基因持续高表达水平相一致。结合转录组数据进行的等位基因特异性甲基化分析显示，在具有等位基因特异性表达的基因的启动子或外显子区域，这类甲基化事件显著增多，这表明表观遗传修饰与等位基因表达模式之间存在协同调控作用。

结论

我们的研究基于长读长测序技术，为欧亚大陆的10种代表性猪品种建立了高分辨率的DNA甲基化图谱，同时根据藏猪独特的生理特征，识别出了与缺氧适应相关的基因（如CALM1等）以及一个转录因子（Sp1）。此外，结合转录组数据还表明，等位基因特异性甲基化与等位基因特异性表达之间存在协同作用，且等位基因特异性表达基因的表达可能受到等位基因特异性甲基化的调控。这项研究为揭示猪的适应机制及基因调控背后的表观遗传学原理提供了重要见解。