中国农大新闻网讯 8月11日，《自然-遗传学》（Nature Genetics）在线发表了由国际畜禽动物研究计划FarmGTEx、英国爱丁堡大学、美国农业部农业研究局（USDA-ARS）、中国农业大学等单位合作完成的《牛的多组织调控变异图谱》（A multi-tissue atlas of regulatory variants in cattle）的研究性文章。该研究是FarmGTEx的初步阶段，具有开拓性和指导性的意义。

为解析牛重要经济性状的分子调控机制，提高人工选择的遗传进展，该研究利用7,180个公共转录组数据，系统地构建了牛的基因型-表达量图谱（Cattle Genotype-Tissue Expression atlas, CattleGTEx）。CattleGTEx图谱包括了牛的100多种组织/细胞类型的表达谱，同时还利用下载及产生的144个牛DNA甲基化数据，构建了包含21种组织的DNA甲基化图谱。这是目前在畜禽研究中规模最大的转录组图谱之一。

图1. 7,180个牛转录组样本的基因表达量和可变剪接聚类分析

利用CattleGTEx图谱，该研究获得了在23种组织中调控基因表达和可变剪接的遗传变异----表达量数量性状基因座（eQTL）和可变剪接数量性状基因座（sQTL）。结果表明，牛的eQTL和sQTL富集在基因调控区域及染色质开放区域，且具有一定的组织特异性。结合高通量染色体构象捕获技术，该研究发现牛染色体的三维结构会拉近遗传变异与目的基因之间的空间距离，从而使得该遗传变异能够远程地调控基因表达。

图2. cis-QTLs与牛复杂性状间的关系

全基因组关联分析（GWAS）所获得的遗传标记往往位于非编码区，使得鉴定复杂性状候选基因变得异常困难。利用CattleGTEx基因型-表达量图谱，该研究通过全转录组关联分析（TWAS）将复杂性状与基因表达联系在一起，从而系统地定位了调控牛43种重要经济性状的候选基因。比如该研究验证了影响奶牛乳蛋白量、乳脂率等产奶性状的主效基因DGAT1，并进一步揭示该基因在肝脏中的表达受到遗传变异的调控，从而影响奶牛的产奶性能。同时，该研究在多个组织中，鉴定到了一系列影响奶牛产奶、繁殖、体型、健康及疾病性状的候选基因，其中大部分基因为首次报道。该研究为解析牛经济性状的遗传机制提供了参考，对充分挖掘牛经济性状候选基因，提高基因组选择准确性具有重要指导意义和科学价值。

图3. CattleGTEx数据库网站（https://cgtex.roslin.ed.ac.uk/）

为促进牛调控变异组学的研究及应用，国际畜禽动物研究计划FarmGTEx基于该研究结果建立了CattleGTEx数据库（https://cgtex.roslin.ed.ac.uk/），通过基因名、遗传变异ID及性状等可检索到相应的eQTL和sQTL结果。

中国农业大学动物科技学院博士生刘姝丽（现西湖大学博士后）、美国农业部农业研究局动物基因组实验室和马里兰大学博士后高亚辉、英国爱丁堡大学Oriol Canela-Xandri博士、中国科学院昆明动物研究所博士后王胜以及中国农业大学动物科技学院俞英教授为论文共同第一作者，英国爱丁堡大学助理教授房灵昭博士、Albert Tenesa教授和美国农业部动物基因组学和改良实验室George E. Liu教授为该文共同通讯作者。中国农业大学动物科技学院张胜利教授（已故）及博士研究生颜泽参与了部分工作。中方相关工作得到国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目以及“十四五”国家重点研发计划项目资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-022-01153-5

供稿：动物科技学院

供图：动物科技学院

编辑：王珊

责编：武慧媛

来源：中国农业大学新闻网