DNA甲基化在家蠶、綿羊、肉雞等動(dòng)物育種中的作用研究成果
瀏覽次數(shù):586 發(fā)布日期:2023-3-3
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多項(xiàng)研究表明,DNA甲基化對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、疾病抗性、繁殖性能起到了重要的調(diào)控作用。近年來(lái),DNA甲基化在動(dòng)物育種領(lǐng)域的研究進(jìn)展極為迅速。本期我們對(duì)3篇DNA甲基化在家蠶、羊和雞等動(dòng)物育種領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行解讀,并對(duì)DNA甲基化在動(dòng)物育種中的作用研究套路進(jìn)行總結(jié),一起看看吧。
一、家蠶育種
標(biāo)題:Comparative genome-wide DNA methylation analysis reveals epigenomic differences in response to heat-humidity stress in Bombyx mori.
期刊:Int J Biol Macromol.
影響因子: 6.953
發(fā)表時(shí)間:2020.12.01
技術(shù)平臺(tái):WGBS、組學(xué)聯(lián)合分析
摘要:
DNA甲基化是一種與非生物脅迫反應(yīng)有關(guān)的表觀遺傳修飾。但關(guān)于昆蟲對(duì)環(huán)境信號(hào)反應(yīng)的DNA甲基化研究很少。本研究作者通過全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序(WGBS)對(duì)兩個(gè)顯著不同耐熱和耐濕品系的家蠶DNA甲基化圖譜進(jìn)行比較分析。在CG環(huán)境中共鑒定出RT_48h(高溫/高濕處理48h的抗性菌株)和ST_48h(高溫/高濕處理48h的敏感菌株)之間2934個(gè)差異甲基化區(qū)域(DMRs),對(duì)應(yīng)1230個(gè)DMR相關(guān)基因(DMGs)。DMR主要位于基因組區(qū)域(外顯子和內(nèi)含子)。GO和KEGG分析表明,DMG在細(xì)胞結(jié)合、代謝過程中與RNA轉(zhuǎn)錄通路富集。此外,有10個(gè)DMG參與家蠶的濕熱應(yīng)激反應(yīng)。本研究結(jié)果表明,DNA甲基化在家蠶對(duì)環(huán)境脅迫的反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用,并為鑒定高溫/高濕脅迫下家蠶的關(guān)鍵抗性基因提供重要證據(jù)。
實(shí)驗(yàn)和流程設(shè)計(jì)
兩個(gè)品系:耐熱蠶品系7532 vs 敏感品系Knobbed
處理:正常環(huán)境 vs 高熱高濕
時(shí)間序列:24h vs 48h
結(jié)果:
(1)甲基化譜的相關(guān)性分析和聚類分析
Figure 1:
(A)樣本DNA甲基化圖譜的相關(guān)性分析(WGBS)
(B)樣本DNA甲基化圖譜的聚類分析
(2)DNA甲基化在不同功能元件上的分布
Figure 2:
(A)基因元件和重復(fù)元件的DNA甲基化水平組間差異(CpG)
(B)基因及附近元件的DNA甲基化水平組間差異(CpG)
(3)DMR分析
Figure 3:
(A)DMR鑒定(耐 vs. 不耐)
(B)DMR在各類基因元件上的分布
(4)DMG的GO和KEGG分析
Figure 4:
(A)DMG GO功能富集分析(耐 vs. 不耐)
(B)DMG KEGG通路富集分析
(5)DMG和DEG的重疊分析
Figure 5:
DMR與DMG關(guān)聯(lián)分析
關(guān)鍵基因篩選
2、綿羊育種
標(biāo)題:Integrative Genome-Wide DNA Methylome and Transcriptome Analysis of Ovaries from Hu Sheep with High and Low Prolific
期刊:Front Cell Dev Biol
影響因子: 5.201
發(fā)表時(shí)間:2022.02.03
技術(shù)平臺(tái):WGBS、RNA-seq、多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析
摘要:
DNA甲基化通過影響基因表達(dá)在生物過程中發(fā)揮重要作用,但DNA甲基化如何調(diào)控湖羊(綿羊的一種)的表型變異仍不清楚。本研究作者通過WGBS和RNA-seq在不同繁殖力和基因型(FecBB和FecB+)的湖羊卵巢中繪制全基因組DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組圖譜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)和低產(chǎn)湖羊卵巢DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組水平存在顯著差異。比較甲基組分析分別鑒定出10644、9594和12214個(gè)差異甲基化區(qū)域(DMRs)以及87、1121和2375個(gè)基因,顯示三個(gè)不同對(duì)照組的差異表達(dá)水平。將雌性繁殖相關(guān)的DMR相關(guān)基因和差異表達(dá)基因進(jìn)行富集,系統(tǒng)整合分析揭示轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)周圍DNA甲基化水平與基因表達(dá)水平負(fù)相關(guān),且這一結(jié)果在體內(nèi)和體外檢測(cè)ITGB2和LAPTM4B表達(dá)中得到證實(shí)?傊,結(jié)果表明,DNA甲基化通過影響卵巢的基因表達(dá)來(lái)影響繁殖力,這可能有助于更好通過了解表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組變化來(lái)提高動(dòng)物育種。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):
三組:9只母羊,分為HPBB(n=3),LPBB(n=3)和LPB+(n=3)組
處理:所有母羊在發(fā)情期間被屠宰,立即收集卵巢樣本并儲(chǔ)存在-80°C下,用于WGBS和RNA-seq。
結(jié)果:
Figure 1:HPBB、LPBB、LPB+三組湖羊卵巢的DNA甲基化水平和分布
Figure 2:HPBB、LPBB、LPB+的DMR
Figure 3:HPBB、LPBB、LPB+的DMG
Figure 4:DE mRNA鑒定
Figure 6:母羊繁殖相關(guān)的DMG和DEG網(wǎng)絡(luò)
Figure 7:HPBB、LPBB、LPB+不同組卵巢DNA甲基組和轉(zhuǎn)錄組綜合分析
Figure 8:ITGB2和LAPTM4B甲基化和表達(dá)水平綜合分析
3、肉雞育種
標(biāo)題:Genome-Wide Assessment of DNA Methylation in Chicken Cardiac Tissue Exposed to Different Incubation Temperatures and CO2 Levels
期刊:Front Genet
影響因子: 4.599
發(fā)表時(shí)間:2020.10.28
技術(shù)平臺(tái): RRBS
摘要:
孵化過程中的溫度和CO2濃度對(duì)肉雞的發(fā)育有著深遠(yuǎn)的影響。此前許多研究發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)的差異對(duì)孵化心重 (heart weight,HW) 有顯著影響。早期生活環(huán)境也被證明會(huì)影響肉雞后期的生產(chǎn)性能,因此表觀遺傳機(jī)制可能介導(dǎo)環(huán)境刺激引起的長(zhǎng)期生理變化。作者利用RRBS技術(shù)評(píng)估84只在兩種不同蛋殼溫度(egg shell temperature,EST;37.8℃和38.9℃)和三種CO2濃度(0.1%、0.4%和0.8%)下孵化的肉雞幼體心臟組織的DNA甲基化模式,并進(jìn)行差異甲基化分析。
研究結(jié)果驗(yàn)證了ABLIM2、PITX2和THRSP三個(gè)基因的甲基化和表達(dá)的協(xié)調(diào)變化,確定孵化后小雞心臟的差異甲基化模式與孵化EST和CO2的差異有關(guān),并且這種差異可能通過轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合和基因表達(dá)的變化影響心臟的生長(zhǎng)和發(fā)育。此外,本研究還鑒定了負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)體溫的其他器官(包括下丘腦和甲狀腺)的表觀遺傳模式可能有助于表征調(diào)節(jié)心臟發(fā)育的溫度驅(qū)動(dòng)差異機(jī)制?傊,對(duì)早期生活環(huán)境影響的表觀遺傳特征了解可以作為未來(lái)動(dòng)物表現(xiàn)預(yù)測(cè)因子,從而有利于動(dòng)物育種。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):
環(huán)境:EST(37.8℃ vs 38.9℃)和CO2濃度(0.1%、0.4%、0.8%)
處理:孵化后6小時(shí)將小雞處死,取左心室心臟樣本。EST- CO2每組13-15個(gè)樣本-20°C儲(chǔ)存,用于DNA分離和RRBS分析
時(shí)間序列:第0天到第8天,所有雞蛋都在37.8°C溫度和0.1% CO2濃度的環(huán)境中孵化。第8天分成兩個(gè)EST(37.8°C和38.9°C)和三個(gè)CO2濃度(0.1%、0.4%和0.8% CO2),直至孵化。
結(jié)果:
Figure 1:心重降低與EST升高相關(guān)
TABLE 1:RRBS繪制DNA甲基化圖譜
Figure 2:不同孵化EST的CpG差異甲基化火山圖
Figure 3:曼哈頓曲線圖
Figure 4:不同溫度處理,七個(gè)表達(dá)基因差異甲基化,兩個(gè)穩(wěn)定甲基化基因轉(zhuǎn)錄本豐度變化
易基因小結(jié):DNA甲基化在動(dòng)物育種中的作用研究套路
DNA甲基化在動(dòng)物育種中的作用研究一般遵循三個(gè)步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。首先,進(jìn)行整體全基因組甲基化變化的分析(WGBS、RRBS等方式),包括平均甲基化水平變化、甲基化水平分布變化、降維分析、聚類分析、相關(guān)性分析等。其次,進(jìn)行甲基化差異水平分析,篩選具體差異基因,包括DMC/DMR/DMG鑒定、DMC/DMR在基因組元件上的分布、DMC/DMR的TF結(jié)合分析、時(shí)序甲基化數(shù)據(jù)的分析策略、DMG的功能分析等。最后,將甲基化組學(xué)&轉(zhuǎn)錄組學(xué)關(guān)聯(lián)分析,包括Meta genes整體關(guān)聯(lián)、DMG-DEG對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)等。
參考文獻(xiàn):
doi.org/10.3389/fgene.2020.558189
doi.org/10.3389/fcell.2022.820558
doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.08.251