猪人工选择过程中基因组变异引起的染色质空间构象变化

Artificial selection leads to numerous genomic variations in pigs and it is urgent to identify and analyze the variations that have significant effect on phenotypic variation. Recently, the three-dimensional (3D) organization of chromosomes, which profoundly affects transcription, has gained a greater appreciation as an alternative perspective on the genetic basis of complex traits. We aim to explore the molecular mechanism that the genomic variations affect phenotype at 3D organization of chromosomes. Through identifying reliable variation and combing the significant differentially interaction regions between domestic pigs and wild boar, candidate long-range regulatory elements are likely to be found and functional evaluated in vitro. This project will provide the basic data of three-dimensional genomics for the study of genomics in the process of artificial selection of domestic pigs, and the candidate genomic variations inspire ideas for further exploring the molecular regulation mechanism of important economic traits.

猪人工选择过程中积累了大量的基因组变异，如何解析并明确重要影响表型差异的变异信息是亟待解决的问题之一。申请人聚焦”染色质空间构象变化介导的转录调控”这一前沿热点科学命题，旨在三维基因组层面解析基因组变异影响表型的分子机制，鉴定家猪和野猪中可靠的基因组变异, 进而寻找存在差异的基因组变异位点或者区域,并结合家猪及野猪的三维结构的差异互作区域,挖掘出候选的远距离调控元件,并进一步在细胞水平进行功能验证。本课题将为家猪人工选择过程中的基因组学研究提供三维基因组学的基础数据，且鉴定出的候选基因组变异为进一步挖掘重要经济性状的分子调控机制开辟了新思路。

经历了近万年的驯化过程，家猪与野猪积累了诸多表型差异，特别是脂肪性状差异显著。而该驯化过程导致的表型差异的分子调控机制尚不明确。人类和模式动物的研究证明，染色质空间构象可以调控基因表达，是引起疾病或表型变化的重要分子机制。因此，项目申请人聚焦“染色质空间构象变化介导的转录调控”这一前沿热点命题，研究了中国野猪和巴马猪的两种脂肪组织（背皮下脂肪和大网膜脂肪组织）的三维基因组和转录组特征。我们发现在野猪和巴马猪中，分别有约95%和97%的区室转换基因和PEI差异基因在两种脂肪组织中不同，反映出染色质构象的组织差异性。野猪和巴马猪之间95%以上的A/B区室和拓扑关联结构域（TAD）是稳定的。相比之下，超过70%的启动子-增强子相互作用（PEI）在品种间是呈动态变化的，涉及一千多个基因。染色质拓扑结构的改变与涉及广泛生物学功能的基因表达改变有关，特别是能量代谢和免疫反应。结果表明染色质构象可能通过调节脂肪组织中的能量代谢和免疫反应，在猪驯化过程中发挥着重要作用。本研究也为猪的功能基因组学和重要经济性状的遗传学研究提供了数据资源。