點評 | 趙書紅（華中農業大學），劉江（中國科學院北京基因組研究所）責編 | Qi

生豬是我國農業支柱產業，我國的生豬養殖和豬肉消費量均佔全球50%以上，但優良種豬核心種質依賴進口。因此，培育擁有自主智慧財產權、性狀優良的種豬是保障我國生豬養殖業可持續健康發展的關鍵，而揭示產肉性狀的遺傳機制是品種改良的基礎。表觀遺傳，如DNA甲基化等在生命活動中發揮著重要的角色，但是其調控產肉性狀的機制尚不清楚。

近日，中國農業科學院（深圳）農業基因組研究所豬基因組設計育種創新團隊唐中林教授（第一作者為楊亞嵐博士）在Nucleic Acid Research期刊上發表了文章A comprehensive epigenome atlas reveals DNA methylation regulating skeletal muscle development，在豬產肉性狀形成的表觀遺傳研究方面取得重要新進展。

論文通訊作者唐中林介紹，該研究以瘦肉型長白豬為物件，系統繪製了妊娠前33天至出生後180天共27個生長髮育時間點的骨骼肌全基因組甲基化和轉錄組圖譜，並基於關鍵DNA甲基化位點構建了豬骨骼肌生長髮育的分子時鐘。透過多組學整合分析，他們揭示了骨骼肌生長髮育過程中DNA甲基化的動態調控，鑑定到4萬多個與發育相關的甲基化位點，發現這些位點雖然在啟動子區域缺失，但在增強子和染色質可及區域高度富集，提示這些DNA甲基化位點在調控骨骼肌生長髮育中發揮重要作用。

有意思的是，研究發現，啟動子和基因區的甲基化均對胰島素訊號通路相關基因表達起抑制作用，該發現首次從甲基化角度系統揭示了胰島素訊號通路在肌肉發育過程中的重要調控機制。同時，他們發現IGF2BP3是調控肌肉生長髮育的一個關鍵基因。DNA甲基化透過影響轉錄因子SP1結合調節IGF2BP3的表達，進而影響骨骼肌發育，表明IGF2BP3可以作為豬產肉性狀改良新的候選基因。

該成果對挖掘產肉性狀關鍵功能基因具有重要意義，併為豬產肉性狀的遺傳改良提供重要理論基礎。據悉，這是目前動物中最系統的肌肉甲基化和轉錄組資料集，不僅對動物品種改良具有重要價值，也為人類肌肉相關疾病的研究提供了寶貴的資訊。

專家點評

趙書紅 教授（華中農業大學）

揭示性狀形成的遺傳機制是品種改良的基礎。研究表明，甲基化等表觀遺傳現象在生命活動中發揮著重要作用，但是其調控畜禽性狀的遺傳機制目前尚不清楚。近日，中國農業科學院農業基因組研究所唐中林研究員帶領的豬基因組設計育種創新團隊在Nucleic Acid Research發表了題為“A comprehensive epigenome atlas reveals DNA methylation regulating skeletal muscle development”的文章，系統繪製了豬骨骼肌生長髮育的DNA甲基化和轉錄組全景圖，這是目前已知的哺乳動物中時間點最多、最系統的肌肉甲基化和轉錄組資料集。該研究明確了DNA甲基化在骨骼肌生長髮育中的動態變化規律，及其調控基因表達進而影響成肌細胞增殖分化的分子機制，為豬基因組研究提供了新資料。

該研究團隊系統收集了瘦肉型豬—長白豬從出生前33天到出生後180天共27個時間點的骨骼肌，採用全基因組亞硫酸鹽測序和鏈特異性全轉錄組測序的方法，對骨骼肌生長髮育過程中的DNA甲基化和基因表達動態變化進行全面分析。系統鑑定到4萬多個與骨骼肌生長髮育相關差異甲基化位點，並發現這些位點雖然在啟動子區域缺失，但在增強子和染色質可及區域高度富集，說明這些位點的甲基化可透過影響轉錄因子的結合調控骨骼肌生長髮育。另外，該研究發現在骨骼肌生長髮育過程中，啟動子和基因本體區的甲基化均對胰島素訊號通路基因的表達起抑制作用，表明DNA甲基化對胰島素訊號通路具有重要調控作用，這一發現為骨骼肌生長髮育的機制解析提供了新思路。另外，該團隊從功能和機制證實了DNA甲基化透過影響轉錄因子SP1結合調節IGF2BP3的表達，進而影響成肌細胞增殖分化，為豬產肉性狀遺傳改良提供了候選基因。總體而言，該研究進一步拓展了對動物骨骼肌生長髮育調控的認識，為豬產肉性狀的遺傳改良提供了理論基礎，同時也為人類肌肉相關疾病的研究提供了參考資訊。

劉江 研究員（中國科學院北京基因組研究所）

生長和肉質性狀的遺傳改良一直是我國動物遺傳育種領域最重要的研究課題之一，但目前實際應用於生產的分子育種標記數量還較少，育種價值也有待評估。如何利用高通量多組學資料高效挖掘與重要經濟性狀相關的基因和標記是當前亟需解決的難題。中國農業科學院深圳農業基因組研究所唐中林團隊一直致力於豬產肉性狀的遺傳改良相關研究，在骨骼肌生長髮育相關基因和非編碼RNA的功能和表達調控機制開展了大量研究。近期，該團隊在豬骨骼肌表觀調控方面取得重要進展，在國際期刊Nucleic Acid Research發表題為“A comprehensive epigenome atlas reveals DNA methylation regulating skeletal muscle development”的文章。該研究系統闡述豬骨骼肌發育的全景DNA甲基化圖譜，並整合轉錄組資料，挖掘眾多與產肉性狀相關的候選基因和標記，這一研究為深入瞭解DNA甲基化調控骨骼肌的生長髮育提供了豐富的資訊，為豬產肉性狀的遺傳改良提供了重要的理論基礎。

該研究透過對豬出生前後27個時間點的骨骼肌進行全基因組甲基化和轉錄組作圖，透過系統深入分析，獲得了很多有意思的發現：（1）從出生前到出生後的發育過程中，骨骼肌的全基因甲基化水平是逐漸下降，這一過程與DNA甲基轉移酶DNMT1高度相關，並且伴隨著部分甲基化結構域（PMD）長度和數量的增加；（2）發現超過4萬個與發育相關的差異甲基化位點，這些位點可以很好的重構骨骼肌發育的軌跡。進一步分析發現這些位點富集於功能調控區域，與骨骼肌發育密切相關；（3）透過75個CpG位點，該研究建立了一個具有較高準確度的分子時鐘；（4）值得注意的是，啟動子和基因體區域的甲基化對胰島素訊號通路相關基因的表達均起到抑制作用；（5）最後，該研究發現DNA甲基化透過影響轉錄因子SP1與IGF2BP3的結合，進而影響骨骼肌生長髮育的分子調控機制。這項研究為畜禽重要經濟性狀的遺傳改良提供理論基礎和有價值的資訊，同時對哺乳動物骨骼肌生長髮育和人類肌疾病研究也具有重要意義。

原文連結：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa1203/6090302'製版人：SY