种猪基因组印记形成细胞互作是一个重要原因

近日，华南农业大学教授吴珍芳团队在细胞类型和发育阶段成功揭示基因组印记基因的动态调控规律，并通过构建高分辨率猪胎盘单细胞图谱识别出118个高信度印记基因，其中97个是哺乳动物首次发现的，75%以上的印记基因呈现细胞类型特异性或发育阶段特异性，给种猪基因研究领域带来新的突破。《自然-通信》发布了相关成果。

基因组印记是一种表观遗传现象，是指一些基因的表达取决于其原始来源(只有一个表达在父母或母亲的拷贝中)。它打破了双倍体哺乳动物双等位基因的平等表达，就像给基因贴上“父母标签”一样，是影响哺乳动物胚胎发育、胎盘功能和复杂性状形成(如猪的产肉量)的重要因素。标记基因的表达具有高度的物种特异性、时空特异性和组织特异性。虽然在人类和老鼠中发现了230和260个标记基因，但只有60-70个标记基因在物种之间保守。

在猪这种重要的农业动物和生物医学模型中，已经确认的印记基因不到100个，有很多空白。特别是，人类研究表明，超过一半的印记基因只在胎盘中印记，但不清楚亲源效应介导的基因表达在什么时间、地点以及通过什么形式实现特异性控制的普遍分子机制。深入分析猪的基因组印记，特别是其细胞类型特异性的形成机制，对填补知识空白、了解哺乳动物印记的普遍规律、促进猪分子育种具有重要意义。

吴珍芳的团队利用瘦肉猪(杜洛克)和培育品种(鲁莱猪)的基因资源，将其正反交织在一起?以个体胎盘组织为研究对象，在单细胞分辨率下，通过整合单细胞核转录组测序、基因组重测序、跨物种分析等尖端技术，对猪胎盘发育过程中基因组标记的动态变化及其调节机制进行了深入探讨。主要研究结果包括：建立猪胎盘细胞类型特异性基因组标记地图，打破猪IGF2R标记状态的争议;发现AMPH和DPPA5是影响猪胎盘滋养层细胞生长和发育的原因

基于12万多个单细胞的转录组数据和免疫荧光等实验技术，研究小组建立了猪胎盘单细胞图谱，识别为5种类型的大细胞和14种滋养层细胞亚型。在项目组前期基于组织水平研究的基础上，将单细胞转录组和亲猪基因组的重测序数据进行整合，共识别出118个候选印记基因，其中97个是哺乳动物的第一份报告。

值得注意的是，根据不同时期的单细胞核转录组数据，研究发现，在不同细胞类型或发育阶段，只有少数印记基因的印记状态保持不变，而大多数(约75%)呈现细胞类型特异性或发育阶段特异性。其中，IGF2R只在少数细胞类型中表现为母源等位基因特异性表达，如猪胎盘的血管内皮细胞、成纤维细胞和血管平滑肌细胞，而在其他细胞类型中表现为双等位基因表达。这说明很多基于组织水平的研究在IGF2R印记状态上存在矛盾甚至不一致。

该研究侧重于亲源效应引起的等位基因特异性表达的核心科学问题，系统揭示了细胞类型特异性基因组印记的形成机制，以猪正反杂交胎盘组织为对象。猪胎盘细胞类型特异性基因组印记图谱在单细胞水平上的精确构建，消除了部分基因印记状态的长期争议，发现了一系列关键印记基因，并首次明确细胞间通信是驱动这种细胞类型特异性印记状态的关键分子机制。研究结果不仅加深了对基因组印记现象的认识，也为种猪选择和基因组选择提供了重要依据。

这项研究不仅在猪中发现了大量新的印记基因，而且通过对跨物种的比较，揭示了细胞微环境对印记基因形成的核心作用，为理解胎盘发育进化和复杂性状的形成提供了新的视角，有望促进养猪业及相关生物医学研究的进一步发展。