猪骨骼肌增强子功能性SNP的定位及其与产肉性状的关联性分析

Pork production traits are affected by the growth and development of pig skeletal muscles. It is well known that DNA variants in non-coding regions could affect complex traits by affecting enhancer activity. Thus, an enhancer-centric view of transcriptional regulation in skeletal muscles will shed light on the genetic basis of pork production traits. However, our understanding of the enhancers in pig skeletal muscles is quite limited so far due to technological limitations. Therefore, the effect of enhancers on pork production traits has not been thoroughly studied. The applicant of this project has previously established WHG-STARR-Seq and profiled the enhancer landscape in the whole human genome. Here, we plan to improve the technique so that we could specifically measure the enhancer activity in open chromatin regions, and in the meanwhile, identify SNPs affecting enhancer activity. By integrating such functional annotations with genotype data and pig muscle phenotye data which we have collected previously, we are going to use statistical genetics approaches to perform fine-mapping and identify functional enhancer SNPs. These SNPs could serve as new genetic markers for improving pork production traits. By integrating different types of data, this study will shed light on the genetic basis of pork production traits. It will also provide new approaches for elucidating the genetic basis of complex traits for livestock animals and bring new research angles to the field of animal genetic breeding.

猪的产肉性状和骨骼肌生长发育密切相关。最近发现，非编码区的DNA变异可通过影响增强子的转录活性来调控复杂性状的表型。由于受技术限制，目前对猪骨骼肌的增强子了解非常有限，增强子对猪产肉性状的调控也鲜有报道。申请人之前创建WHG-STARR-Seq技术，成功应用于人类全基因组增强子的定位。在此，为了以增强子为切入点研究猪骨骼肌相关基因的转录调控，申请者拟进一步改进此技术，靶向测定猪骨骼肌细胞开放染色质区域的增强子活性，并定位影响增强子活性的功能性SNP。申请者将进而整合团队已有群体的基因型和产肉性状表型数据，通过生物信息学分析定位影响猪产肉性状的增强子功能性SNP，为猪分子设计育种提供新的分子标记。本项目建立的实验和分析方法将为解析动物复杂性状的形成提供新手段。同时，本研究从增强子的新视角研究猪产肉性状形成的分子机制，不仅为猪遗传改良提供新的理论基础，也进一步拓展了动物遗传育种领域的研究思路。

我国是世界上最大的生猪养殖和猪肉消费国家。提高猪的产肉性能关系到养猪的效益和猪肉产品的供应。猪产肉性状的遗传改良一直是动物育种科技者最关注的课题之一。因此，揭示产肉性状形成的遗传机理是猪品种改良的理论基础。. 猪的产肉性状很大程度上取决于出生前骨骼肌的生长发育和出生后的肌纤维肥大，而这两个过程都受控于基因的转录调控。近年研究发现，非编码区的DNA变异可以通过影响增强子的转录活性，来影响复杂性状的表型。因此，以增强子为切入点，了解猪骨骼肌的生长发育和产肉性状的形成，鉴定影响骨骼肌增强子功能的DNA变异，揭示增强子功能性SNP位点与产肉性状的关系，对我们深入理解猪重要经济性状的的遗传基础，以及发展分子设计育种方法等都具有重要的理论和实践意义。.我们利用东西方猪（陆川猪和杜洛克猪）骨骼肌的ATAC-Seq文库片段，完成了ATAC-STARR-Seq-Input筛选文库的构建，通过MACS2和IDR分析得到的开放染色质区间数量在30000-50000个。对陆川猪和杜洛克猪SNP分析发现，有8.3万个SNP存在于此两猪种之间，其中落在ATAC peak中的SNP有 4.6万个。鉴定到影响增强子活性的SNP 3360个，其中与猪产肉性状关联的SNP 405个。通过生物信息学分析，预测了这406个增强子功能性SNP的上游转录因子和下游靶基因，初步明确了这些增强子功能性SNP和猪产肉性状的关系，为后续以增强子为切入点，挖掘新的功能基因和生猪品种改良提供了理论基础。. 通过这项研究，我们首次建立了鉴定影响全基因组水平开放染色质区域中增强子活性SNP的实验和分析平台1套，以增强子为切入点，为解析猪产肉性状的遗传基础带来的新的方法和思路。该平台具有成本低，可操作性强，通用性强等优点，不仅可以应用于我们所聚焦的生猪育种领域，更可以广泛应用于人类、动植物的复杂性状遗传机制解析和致因基因挖掘等领域。