探索调控猪肝脏转录组与能量稳态的基因组区域

《animal》：Exploring genomic regions regulating the liver transcriptome and energy homeostasis in pigs

　　

在猪中，能量稳态影响肉质与健康。研究人员此前在一个杜洛克猪群体中鉴定了30个与脂肪组织、血浆、肝脏和肌肉中脂肪酸(FA)组成相关的数量性状位点(QTL)区域。表达数量性状位点(eQTL)区域的定位可为基因型-表型互作提供分子假说，并有助于识别共享因果变异，这对理解FA组成与能量稳态的遗传调控至关重要。然而，基因表达受环境影响，而个体水平等位基因失衡(AI)更可靠，可通过等位基因特异性表达(ASE)分析检测。此外，将ASE作为数量性状可识别aseQTL（即杂合性与其附近单核苷酸多态性(SNP)的AI相关的变异），指向调控元件。本研究选取肝脏这一调控能量稳态的关键代谢枢纽，对310份肝脏RNA测序样本联合应用(1)eQTL定位、(2)ASE分析和(3)aseQTL定位。共鉴定2188个eQTL区域，多为顺式-eQTL（73.17%）。ASE分析报道1964个ASE SNP，关联633个基因。aseQTL定位得到64172个aseQTL，关联31个基因的AI。共定位分析结合ASE分析显示，FADS1和FADS2基因的表达与多组织多不饱和脂肪酸组成相关，可能存在microRNA调控。在标注于脂肪组织多种FA相关QTL区域内的DGAT2基因中，ASE揭示该基因3'非翻译区(UTR)存在等位基因失衡，由既往描述的13-bp插入影响mRNA稳定性所致，例证了eQTL定位无法检测的后转录调控机制引起的等位基因失衡。此外，aseQTL与该基因关联，并连锁于一个既往未与DGAT2表达关联的拷贝数变异。结果表明ASE分析与aseQTL定位可补充eQTL定位，解析受等位异质性影响的复杂区域（QTL定位的主要混杂效应）。综上，eQTL定位、ASE分析与aseQTL定位的结合表征了肝脏基因表达调控，增进了人员对能量稳态遗传决定机制的理解。

研究背景方面，基因组-wide关联研究已广泛用于识别性状相关基因组区域，但约88%的QTL变异位于非编码区，多数基因型-表型互作的分子机制未知。转录组作为中间分子表型可帮助建立基因组与性状间的分子链接，其中eQTL定位是主要手段；但总基因表达受性别、饮食等遗传与环境因子干扰。相比之下，等位基因失衡(AI)通过ASE分析在同一细胞内两等位基因相互校正，能削弱trans作用与环境效应，更专注于cis调控变异。进一步将ASE作为数量性状进行aseQTL定位，可在cis调控元件（如转录因子结合位点）层面细化因果变异。肝脏是能量稳态核心代谢枢纽，涉及脂肪酸合成、β-氧化及AMPK、PPARα等通路；前期同一杜洛克猪群体已定位30个FA相关QTL。研究人员假设FA相关因果变异经肝脏cis调控影响表达，并通过共定位、ASE与aseQTL三层分析验证该机制链。论文发表于《animal》。

关键技术方法上，研究人员使用310头商业杜洛克猪（155雌/155雄，分6批，来自134窝子代）屠宰后采集肝脏样本；RNA经TruSeq链特异性mRNA建库、Illumina 6000 S4双端150 bp测序（>50 M reads）；DNA用GGP Porcinde HD芯片分型，以Beagle结合PigGTEx多品种猪参考面板（PGRPv1）impute至8499177个二等位SNP（MAF>5%）。eQTL定位采用GCTA-fastGWA混合线性模型，校正性别与批次随机效应，双重FDR（BH基因内校正+Bonferroni基因间0.05/14554）定显著阈值；ASE分析基于RNA-seq与基因型联用推断杂合位点等位计数失衡；aseQTL定位将ASE的AI比值为表型再次做SNP关联；共定位用coloc.abf贝叶斯框架（H₄后验>0.9判共定位）。

研究结果部分，摘要与引言已阐明整体产出：eQTL定位获2188区域（73.17% cis），ASE获1964 ASE SNP（633基因），aseQTL获64172个（31基因AI关联）。在“Material and methods”小节中，动物材料、RNA提取测序、比对定量（STAR+RSEM）、基因型impute、eGWAS模型、eQTL区域合并（1 Mb窗口+≥50 SNP）、cis/trans分类、coloc参数均按上述执行。在“Introduction”论证逻辑中，研究人员指出cis-eQTL仅覆盖启动子/增强子等少数机制，而ASE还可反映无义介导衰减、印迹、microRNA结合等后转录机制，aseQTL则进一步将AI关联定位于近端调控SNP。在结果整合中，FADS1/FADS2的cis-eQTL与多组织PUFA组成QTL共定位（H₄>0.9），且ASE显示其表达失衡，提示microRNA参与；DGAT2位于脂肪FA-QTL内，其3'UTR的ASE失衡由已知13-bp插入导致mRNA稳定性差异解释，而aseQTL关联至该基因附近既往未关联表达的拷贝数变异，体现等位异质性下aseQTL对eQTL盲区的补充。

讨论与结论翻译部分，研究人员总结：eQTL、ASE与aseQTL三联分析首次在猪肝脏中实现，克服总表达受环境混杂的限制，揭示FADS1/2和DGAT2等基因为FA组成与能量稳态的候选因果节点；ASE与aseQTL能解析cis调控之外的后转录机制及拷贝数/插入变异贡献，降低QTL定位中等位异质性带来的假阳性；该方法框架为家畜经济性状因果变异挖掘提供了可迁移范式。结论原文意译：组合eQTL定位、ASE分析与aseQTL定位表征了肝脏基因表达调控，提升了人员对能量稳态遗传决定机制的认识，并为FA组成相关QTL提供了候选分子机制与共享因果变异。