增强子|如何跑赢种猪育种效率“竞赛”( 二 )
“这些数据包含了基因组中有调控活性的区域所在的位置、调控活性强弱、区域大小、发挥活性的组织特异性等特征信息，解析这些数据能够进一步认识猪基因组的非编码区 。”赵云霞说 。
该研究鉴定出超过22万个猪基因组调控元件、25万个调控区突变位点和3316个猪基因组新转录本，并进一步解析了猪基因组的超级增强子、活性启动子等，阐明了猪基因组调控元件的组织特异性及其三维空间结构对基因表达调控的影响 。
赵云霞告诉《中国科学报》：“解析这些大数据确实是一项非常具有挑战性的工作 。”他们主要是创新实验技术，获取大量数据，通过生物信息学分析，对基因组大数据进行特征挖掘 。
例如增强子的判定，是依据具有特定的表观修饰和与周围基因的距离、三维结构等 。而启动子分析则主要依据其特定的H3K4me3组蛋白修饰信号 。为此，他们开发了一套批量分析技术，即根据调控信号特征对增强子和启动子进行分类 。
论文中提到PLCB4基因的增强子，它具有ATAC-seq和H3K27ac组蛋白表观修饰信号，三维结构分析可以看出它与PLCB4基因的启动子存在远程互作 。“通过这些分析就可以证明该区域是PLCB4基因的增强子 。”赵云霞说，类似的，通过全基因组范围分析就可以解析全基因组的增强子 。
“探明这些调控元件特征，为猪经济性状调控机制研究提供了新资料，也为下一步应用这些信息进行基因组育种技术创新奠定了基础 。”赵书红说 。
新成果有望进一步提高育种效率
“由于猪基因组调控元件与功能区突变挖掘滞后，导致猪基因组的功能位点与分子标记无法区分，基因组育种芯片设计时无法充分利用功能区域和功能位点信息，影响了基因组育种效率的提升 。”赵书红表示这是他们想要解决的另一个重点问题 。
该研究通过整合调控元件、三维基因组及全基因组关联分析（GWAS）信息，解析了猪重要性状GWAS位点在调控元件周围的分布特征，对部分重要性状候选调控区突变进行了鉴定，同时通过整合不同品种间基因组突变、表观修饰、三维基因组及基因表达变异，鉴定了一批重要候选功能突变位点 。
赵云霞解释说，基因组中有很多突变位点，绝大部分是没有功能的分子标记位点，仅有很少一部分是有生物学功能的位点，这些位点能够影响基因表达水平，对动物的生理、生化表现及生产性能会有一定的影响 。
“因此，找到这些重要突变位点，对于动物育种、疾病诊断都有重要意义 。”赵云霞说，他们在影响生长发育的重要基因SIX1和SXI4基因远程增强子中找到一个位点，改变了基因增强子中转录因子结合序列和增强子的组蛋白修饰、ATAC-seq信号，这说明该位点具有调控功能 。在此基础上，他们找到了位于调控元件区域约25万个重要突变位点 。
通过充分利用这些最新找到的重要突变位点，结合全新的基因组育种算法，猪基因组育种效率还有可能再提升5%~10% 。“这些工作为基因组育种技术创新及效率提升提供了丰富的数据信息，为加速猪经济性状遗传改良开辟了新路径 。”赵书红表示 。
【增强子|如何跑赢种猪育种效率“竞赛”】不过，她强调，科学家对基因组的认识仍然不够深入，这从实际上制约了技术的创新 。而缺乏原始创新，必然会导致在育种效率竞争中落后于人 。这篇论文得到的成果将是他们今后需要深入研究的科学问题的一个起点 。
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