五种代表性猪基因组中内源逆转录病毒的全面鉴定与比较分析

《BMC Genomics》：Genome-wide identification and comparative analysis of endogenous retroviruses across five breed-representative pig assemblies

　　

摘要

背景

猪异种移植为解决人类器官短缺问题提供了有力方案，但内源性逆转录病毒在物种间的传播仍是一个重大的安全障碍。目前的风险评估主要依赖单一参考基因组，这导致了在不同遗传背景下的ERV多样性及结构差异方面的认知盲区。我们分析了五个染色体级别的猪基因组组装序列（巴马迷你猪、杜洛克猪、梅山猪、宁乡猪和USMARC猪），研究了这些ERV的位置的结构完整性、系统发育关系、相对插入年龄以及与宿主基因/量子点的基因组关联。这些ERV是通过LTRharvest/LTRdigest流程识别出来的，再通过Pfam域筛选进行注释，最终被分为完整型、接近完整型和部分型。

系统发育分析采用最大似然推断法，插入年龄则是根据配对的长末端重复序列的差异来估算的。此外，还在距离ERV 10kb范围内的基因进行了基因本体论和京都基因与基因组百科全书的富集分析以及组织表达研究。

结果

在五个染色体级别的基因组组装中，主常染色体/chrX分析集中共有23,767个配对长末端重复序列标记的ERV候选位点，其中75个为结构完整型，322个接近完整型，23,370个为部分型。在包含chrY的基因组组装中还发现了86个chrY相关的记录，这些都被归类为部分型。完整型ERV的插入年龄存在基因组级别的差异，不过Kruskal-Wallis检验并未发现各基因组之间存在显著的整体差异。五个基因组共有的、距离ERV 10kb范围内的宿主基因共有278个；在5kb范围内这一数字降至229个，而在20kb和50kb范围内则分别上升至358个和618个。

通过按染色体分类的随机化分析发现，这278个基因与猪的量子点区间重叠的概率高于随机水平（观察值为56.47%，随机平均值为43.23%；统计显著性P值小于0.0001）。

结论

在五个具有代表性的猪品种基因组中，我们共发现了23,767个配对长末端重复序列标记的ERV候选位点，其中只有75个（占比0.32%）符合结构完整型的标准，这说明所检测到的猪ERV主要是退化型元素。完整型ERV在逆转录病毒亲和力及相对插入年龄方面存在基因组级别的差异，而五个基因组共有的、距离ERV 10kb范围内的宿主基因则显示出非随机的量子点定位现象（观察值为56.47%，随机平均值为43.23%；统计显著性P值小于0.0001）。通过与已发表的猪内源性逆转录病毒和逆转录病毒插入多态性数据库对比，有9个完整型位点与重建的Sus scrofa ERV6A/B全长ERV序列相对应，还有66个完整型位点不在该范围内。该数据库为供体品系的评估以及未来大规模、基于全基因组数据的猪ERV多样性研究提供了具体的ERV位点及宿主基因信息。