DNA甲基化在家禽繁殖性狀、肌肉發(fā)育過程、疾病等研究中的應(yīng)用
DNA甲基化作為一種重要的表觀遺傳修飾，參與動(dòng)物細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育、基因組印記和性染色體失活等生物學(xué)過程。隨著DNA甲基化測序變得越來越復(fù)雜，用它來解決更多的動(dòng)物學(xué)問題成為可能。2023年11月5日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物遺傳育種與繁殖系聶慶華教授團(tuán)隊(duì)在《J Anim Sci Biotechnol》（IF:7/1區(qū)）雜志發(fā)表綜述，綜述了DNA甲基化特征，重點(diǎn)介紹了DNA甲基化在家禽中的研究與應(yīng)用。
DNA甲基化已在家禽物種中廣泛應(yīng)用。例如，在肉雞的DNA甲基化圖譜中，基因組中有更多的低甲基化區(qū)域，且在基因啟動(dòng)子區(qū)域分布最多的是CGIs（CpG島），表明CGIs甲基化和肌肉發(fā)育相關(guān)基因的低甲基性參與肉雞肌肉的快速發(fā)育。同時(shí)，MyH1 AS，一種存在于DMRs（差異甲基化區(qū)域）中的lncRNA（長鏈非編碼RNA），參與調(diào)節(jié)雞胚胎肌肉的發(fā)育。在骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的DNA甲基化研究中，Wnt信號(hào)通路在KEGG數(shù)據(jù)庫和GO分析中顯著富集，且啟動(dòng)子區(qū)甲基化狀態(tài)影響了Wnt5a、Wnt9a和TGFβ1基因的表達(dá)水平，表明Wnt和TGFβ信號(hào)的甲基化狀態(tài)是骨骼肌發(fā)育過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子。這些標(biāo)記對了解家禽重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子調(diào)控機(jī)制和遺傳表達(dá)機(jī)制，促進(jìn)家禽遺傳育種具有重要意義。
隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，DNA甲基化表觀遺傳學(xué)研究已在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林等領(lǐng)域得到廣泛研究。基因組層面的大量研究增加了對畜禽重要經(jīng)濟(jì)性狀遺傳機(jī)制的理解，減少了養(yǎng)殖中疾病和遺傳缺陷的發(fā)生，為提高家禽的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益做出了重要貢獻(xiàn)（圖1）。通過對家禽DNA甲基化的相關(guān)研究內(nèi)容的回顧，我們進(jìn)一步了解了DNA甲基化在家禽生產(chǎn)中的作用，這可能提供一定的理論依據(jù)。
DNA甲基化在家禽繁殖性狀中的應(yīng)用
Gallus Gallus(家雞)是世界上最重要的商業(yè)肉類來源，然而，關(guān)于雞表觀遺傳學(xué)的研究較少。雞遺傳資源保護(hù)的一個(gè)重要問題是抑制雞的近親繁殖。
目前常用的表觀遺傳學(xué)DNA甲基化研究測序方法包括MeDIP-Seq （甲基化DNA免疫沉淀測序）、MBD-Seq（甲基DNA結(jié)合域測序）和WGBS（全基因組DNA甲基化測序）。然而，很少有研究用這些測序方法對雞生殖相關(guān)組織進(jìn)行測序。研究了DNA甲基化對雞繁殖性能的影響，并發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵的分子標(biāo)記。對強(qiáng)近交系和弱近交系狼山雞（Langshan chicken）進(jìn)行WGBS測序分析，分別在下丘腦和卵巢中鑒定出5948和4593個(gè)DMRs。大量DMG (DMR相關(guān)基因)在生殖相關(guān)通路中富集。一項(xiàng)結(jié)合WGBS和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的研究結(jié)果表明，SRD5A1和CDC27基因中的兩個(gè)DMRs可能是狼山雞近交系繁殖抑制的生物標(biāo)志物(圖2a)。然而，對雞DNA甲基化機(jī)制和DNA甲基化景觀的分析表明，DNA甲基化的整體分布與哺乳動(dòng)物相似，精子DNA表現(xiàn)出低甲基化，這與雞基因組中DNMT3L輔因子缺失相關(guān)。此外該研究提供了其在轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，并將這些信息應(yīng)用于構(gòu)建雞DNA甲基化時(shí)鐘，可以準(zhǔn)確預(yù)測肉仔雞的日齡 (圖2b)。在人類醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞生物學(xué)中的一種重要新方法是體外產(chǎn)生生殖細(xì)胞。通過揭示單個(gè)基因的DNA甲基化模式，發(fā)現(xiàn)DNA甲基化精確調(diào)控的某些基因如AKT1和CTNNB1與癌癥和病毒感染相關(guān)，還揭示了用于鑒定雄性生殖細(xì)胞的雞特異性標(biāo)記。重要的是，該研究探索了雄性生殖細(xì)胞分化的整合表觀遺傳機(jī)制(圖2c)。
圖2：DNA甲基化在家禽繁殖性狀中的應(yīng)用
DNA甲基化是連接基因和表型的紐帶，已被廣泛用于確定環(huán)境對家禽生長的影響。同時(shí)，DNA甲基化也在鴨子身上進(jìn)行研究。
采用全基因組DNA甲基化檢測方法，研究紹興鴨繁育群體與保護(hù)群體DNA甲基化水平的差異。鑒定出35個(gè)差異甲基化基因，這些基因與生產(chǎn)性能密切相關(guān)。此外，與蛋殼質(zhì)量相關(guān)的ATP2B1和ATP2B2基因也被鑒定為差異甲基化，可作為未來改善蛋殼質(zhì)量的分子標(biāo)志物。孵育溫度對胚胎發(fā)育也有長期影響，通過在胚胎期(ED) 1-10、ED10-20和ED20-27將孵育溫度從37.8ºC提高到38.8ºC，以研究其對DNA甲基化的影響。結(jié)果表明，甲基CpG結(jié)合域蛋白和DNA(胞嘧啶5)-甲基轉(zhuǎn)移酶可能參與鴨早期胚胎發(fā)育的熱成因調(diào)控（thermoe-pigenetic regulation)。
家禽肌肉發(fā)育過程中的DNA甲基化機(jī)制
肌內(nèi)脂肪(Intramuscular fat，IMF)是影響肉質(zhì)不可或缺的因素，受營養(yǎng)、環(huán)境和遺傳的調(diào)節(jié)。DNA甲基化在早期肌肉發(fā)育中起關(guān)鍵作用。通過建立肌內(nèi)脂肪細(xì)胞分化模型，有報(bào)道DNA甲基化通過調(diào)控COL6A1等基因影響IMF沉積，COL6A1調(diào)節(jié)肌內(nèi)脂肪細(xì)胞形成(圖3a)。在肌肉的早期發(fā)育過程中，DNA甲基化是一個(gè)不可忽視的重要因素。不同的研究發(fā)現(xiàn)，DMGs與肌動(dòng)蛋白絲解聚、骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖和肌肉器官發(fā)育顯著相關(guān)，而CFL2負(fù)調(diào)控雞骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 (圖3b)。
圖4：DNA甲基化在家禽疾病發(fā)生中的作用
CD8 (Cluster of differentiation 8)作為T細(xì)胞受體的輔助受體（co-receptor），在細(xì)胞表面呈遞肽。CD8A轉(zhuǎn)錄由幾個(gè)順式和反式作用元件以及DNA甲基化調(diào)控。Xu等人研究了CD8A表達(dá)的DNA甲基化等表觀遺傳轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，發(fā)現(xiàn)鴨的CD8A mRNA水平與CD8A CpG總體甲基化狀態(tài)呈負(fù)相關(guān)，提示CD8A高甲基化可能與鴨CD8A高甲基化和DHV-1感染有關(guān)。
鐵蛋白重肽1 (Ferritin heavy polypeptide 1, FTH1)表達(dá)受多種病原體調(diào)控，但其調(diào)控機(jī)制仍不清楚。構(gòu)建鴨肝炎病毒(DHV-1)感染模型，檢測鴨感染DHV-1后FTH1 (duFTH1) mRNA的表達(dá)。采用亞硫酸鹽測序法(BSP)檢測duFTH1啟動(dòng)子區(qū)DNA甲基化水平，揭示該區(qū)域表現(xiàn)出低甲基化，同時(shí)，duFTH1啟動(dòng)子區(qū)存在影響該區(qū)域活性的突變，該突變改變了轉(zhuǎn)錄因子NRF1的結(jié)合位點(diǎn)。通過進(jìn)一步分析驗(yàn)證了FTH1啟動(dòng)子與NRF1的結(jié)合情況。本研究為duFTH1表達(dá)通過啟動(dòng)子多態(tài)性而不是DNA甲基化對DHV-1攻擊的影響提供了分子見解。
DNA甲基化如何影響家禽產(chǎn)蛋
產(chǎn)蛋是家禽的重要經(jīng)濟(jì)性狀。了解影響雞蛋生產(chǎn)的關(guān)鍵基因?qū)τN者來說具有重要意義。
已有研究表明，飼喂VC(維生素C)對11胚齡(E11)肉雞生產(chǎn)性能、免疫狀態(tài)和DNA甲基化相關(guān)基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明，E11時(shí)VC的IOF（in ovo feeding，雞胚給養(yǎng)）改善了孵化后肉雞的生產(chǎn)性能和免疫狀態(tài)，并在一定程度上提高了肉雞的抗氧化能力。酶相關(guān)DNA甲基化和去甲基化的表達(dá)提示VC組脾臟DNA甲基化水平可能升高，但抗炎和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)波動(dòng)是否與DNA甲基化變化有關(guān)，還有待進(jìn)一步研究。
此外，還研究了ZP2基因啟動(dòng)子甲基化對靜海黃雞產(chǎn)蛋率的影響。通過構(gòu)建ZP2基因缺失啟動(dòng)子載體，預(yù)測ZP2基因核心區(qū)位于-1,552~-1,348之間。ZP2基因啟動(dòng)子區(qū)mC-20、mC-21位點(diǎn)甲基化與mRNA表達(dá)呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。這兩個(gè)位點(diǎn)均位于Sp1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，可能會(huì)抑制Sp1與DNA的結(jié)合，從而影響ZP2基因的轉(zhuǎn)錄和產(chǎn)蛋。
DNA甲基化對鵝肝的影響
鵝肝是一種很受歡迎的美食。它含有大量的不飽和脂肪酸，具有獨(dú)特的風(fēng)味，深受世界各地消費(fèi)者的喜愛。研究建立了對照組和過量喂養(yǎng)組，評估添加甜菜堿（betaine）對肝臟重量等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，甜菜堿處理組鵝肝臟S14α mRNA表達(dá)水平高于對照組和過量飼喂組。使用亞硫酸鹽(包含33個(gè)CpG二核苷酸)對該區(qū)域(相對于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，在+374~-8堿基對之間)的單個(gè)等位基因進(jìn)行測序。研究結(jié)果，過量喂養(yǎng)組S14α轉(zhuǎn)錄本表達(dá)增高，33個(gè)CpG位點(diǎn)平均甲基化率為87.9%。對照組S14α基因表達(dá)明顯低于對照組(69.6%，P<0.01)。然而，甜菜堿處理組(82.6%)和過量喂養(yǎng)組(87.9%)鵝的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)甲基化水平?jīng)]有顯著變化。這些結(jié)果表明，添加甜菜堿后，S14α基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的DNA甲基化模式可能不依賴于S14α轉(zhuǎn)錄本表達(dá)。
C/EBP-β是肝臟脂質(zhì)代謝平衡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一。為進(jìn)一步了解C/EBP-β對鵝肝臟脂質(zhì)蓄積的影響，很少有研究克隆C/EBP-β的DNA。結(jié)果表明，甜菜堿不直接調(diào)控鵝體內(nèi)C/EBP-β基因的甲基化，但降低了C/EBP-β基因表達(dá)。這些數(shù)據(jù)可為進(jìn)一步研究C/EBP-β調(diào)節(jié)鵝肝脂肪代謝機(jī)制以及甜菜堿對脂肪代謝基因分子水平的影響奠定基礎(chǔ)。
限制飲食蛋氨酸會(huì)影響生長性能和氨基酸代謝。用甜菜堿補(bǔ)充甲基供體可以防止這種干擾。研究飼糧中添加蛋氨酸和甜菜堿對蛋氨酸缺乏的鵝生長性能、表觀遺傳機(jī)制和轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明，飼糧中添加甜菜堿和蛋氨酸改變了鵝肝臟LOC106032502的DNA甲基化水平，影響了鵝的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
結(jié)論
本文主要對DNA甲基化在家禽的繁殖性狀、肌肉和脂肪發(fā)育、疾病、產(chǎn)蛋等方面的影響進(jìn)行綜述。并介紹了一些重要的DNA甲基化標(biāo)記物。DNA甲基化在家禽的生長、發(fā)育、環(huán)境和營養(yǎng)等多個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。DNA甲基化通過調(diào)控基因表達(dá)影響真核細(xì)胞的發(fā)育和分化。大量研究利用DNA甲基化作為疾病鑒定和診斷的生物標(biāo)志物、動(dòng)物生長性狀標(biāo)志物、酮體性狀標(biāo)志物等(表1)。
表1：家禽DNA甲基化的主要標(biāo)志物
但從現(xiàn)有的研究來看，鴨和鵝相關(guān)的DNA甲基化研究較少，而對雞的研究較多。由于DNA甲基化的動(dòng)態(tài)性和相對不穩(wěn)定性等，目前的研究仍面臨許多挑戰(zhàn)，如某些疾病和動(dòng)物組織樣本的獲得。因此很難建立穩(wěn)定的DNA甲基化參考模型。隨著DNA全基因組甲基化生物信息數(shù)據(jù)庫的建立和DNA甲基化檢測技術(shù)的發(fā)展，對家禽DNA甲基化的研究將越來越全面，更多的DNA甲基化標(biāo)志物將被發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，這些問題也將逐步得到解決。
背景介紹（Introduction）
分子遺傳標(biāo)記技術(shù)的成熟使畜禽數(shù)量性狀圖譜穩(wěn)健、系統(tǒng)和完善，為畜禽改良提供了新的手段。DNA甲基化是一種應(yīng)用廣泛的表觀遺傳學(xué)修飾。DNA甲基化導(dǎo)致某些基因活性抑制，而去甲基化則誘導(dǎo)基因重新激活和表達(dá)。在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化作用下，DNA中CG的兩個(gè)核苷酸被選擇性地添加甲基，形成5mC，其主要出現(xiàn)在5'-CG-3'基因序列中。大多數(shù)脊椎動(dòng)物基因組DNA含有少量甲基化C，主要分布在基因5'端的非編碼區(qū)，并以簇的形式存在。DNA甲基化已在家禽物種中廣泛應(yīng)用。例如，在肉雞的DNA甲基化圖譜中，基因組中有更多的低甲基化區(qū)域，且在基因啟動(dòng)子區(qū)域分布最多的是CGIs（CpG島），表明CGIs甲基化和肌肉發(fā)育相關(guān)基因的低甲基性參與肉雞肌肉的快速發(fā)育。同時(shí)，MyH1 AS，一種存在于DMRs（差異甲基化區(qū)域）中的lncRNA（長鏈非編碼RNA），參與調(diào)節(jié)雞胚胎肌肉的發(fā)育。在骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的DNA甲基化研究中，Wnt信號(hào)通路在KEGG數(shù)據(jù)庫和GO分析中顯著富集，且啟動(dòng)子區(qū)甲基化狀態(tài)影響了Wnt5a、Wnt9a和TGFβ1基因的表達(dá)水平，表明Wnt和TGFβ信號(hào)的甲基化狀態(tài)是骨骼肌發(fā)育過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子。這些標(biāo)記對了解家禽重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子調(diào)控機(jī)制和遺傳表達(dá)機(jī)制，促進(jìn)家禽遺傳育種具有重要意義。
隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，DNA甲基化表觀遺傳學(xué)研究已在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林等領(lǐng)域得到廣泛研究。基因組層面的大量研究增加了對畜禽重要經(jīng)濟(jì)性狀遺傳機(jī)制的理解，減少了養(yǎng)殖中疾病和遺傳缺陷的發(fā)生，為提高家禽的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益做出了重要貢獻(xiàn)（圖1）。通過對家禽DNA甲基化的相關(guān)研究內(nèi)容的回顧，我們進(jìn)一步了解了DNA甲基化在家禽生產(chǎn)中的作用，這可能提供一定的理論依據(jù)。
圖1：家禽表觀遺傳機(jī)制概述
DNA甲基化在家禽繁殖性狀中的應(yīng)用
Gallus Gallus(家雞)是世界上最重要的商業(yè)肉類來源，然而，關(guān)于雞表觀遺傳學(xué)的研究較少。雞遺傳資源保護(hù)的一個(gè)重要問題是抑制雞的近親繁殖。
目前常用的表觀遺傳學(xué)DNA甲基化研究測序方法包括MeDIP-Seq （甲基化DNA免疫沉淀測序）、MBD-Seq（甲基DNA結(jié)合域測序）和WGBS（全基因組DNA甲基化測序）。然而，很少有研究用這些測序方法對雞生殖相關(guān)組織進(jìn)行測序。研究了DNA甲基化對雞繁殖性能的影響，并發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵的分子標(biāo)記。對強(qiáng)近交系和弱近交系狼山雞（Langshan chicken）進(jìn)行WGBS測序分析，分別在下丘腦和卵巢中鑒定出5948和4593個(gè)DMRs。大量DMG (DMR相關(guān)基因)在生殖相關(guān)通路中富集。一項(xiàng)結(jié)合WGBS和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的研究結(jié)果表明，SRD5A1和CDC27基因中的兩個(gè)DMRs可能是狼山雞近交系繁殖抑制的生物標(biāo)志物(圖2a)。然而，對雞DNA甲基化機(jī)制和DNA甲基化景觀的分析表明，DNA甲基化的整體分布與哺乳動(dòng)物相似，精子DNA表現(xiàn)出低甲基化，這與雞基因組中DNMT3L輔因子缺失相關(guān)。此外該研究提供了其在轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，并將這些信息應(yīng)用于構(gòu)建雞DNA甲基化時(shí)鐘，可以準(zhǔn)確預(yù)測肉仔雞的日齡 (圖2b)。在人類醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞生物學(xué)中的一種重要新方法是體外產(chǎn)生生殖細(xì)胞。通過揭示單個(gè)基因的DNA甲基化模式，發(fā)現(xiàn)DNA甲基化精確調(diào)控的某些基因如AKT1和CTNNB1與癌癥和病毒感染相關(guān)，還揭示了用于鑒定雄性生殖細(xì)胞的雞特異性標(biāo)記。重要的是，該研究探索了雄性生殖細(xì)胞分化的整合表觀遺傳機(jī)制(圖2c)。
圖2：DNA甲基化在家禽繁殖性狀中的應(yīng)用
- 通過對強(qiáng)近交系雞的下丘腦和卵巢的DNA甲基化分析，在DMRs區(qū)域鑒定出可能抑制朗山雞近交系的標(biāo)記基因SRD5A1和CDC27。
- 雖然DNA甲基化的整體分布與哺乳動(dòng)物相似，但精子DNA表現(xiàn)出低甲基化，這與雞基因組中DNMT3L輔因子的缺失有關(guān)。建立了基于LMR分析的DNA甲基化時(shí)鐘，用于肉雞日齡預(yù)測。
- 雞生殖細(xì)胞的全基因組DNA甲基化圖譜。通過揭示單個(gè)基因的DNA甲基化模式，發(fā)現(xiàn)一些被DNA甲基化精確調(diào)控的基因與癌癥和病毒感染相關(guān)，如AKT1和CTNNB1
DNA甲基化是連接基因和表型的紐帶，已被廣泛用于確定環(huán)境對家禽生長的影響。同時(shí)，DNA甲基化也在鴨子身上進(jìn)行研究。
采用全基因組DNA甲基化檢測方法，研究紹興鴨繁育群體與保護(hù)群體DNA甲基化水平的差異。鑒定出35個(gè)差異甲基化基因，這些基因與生產(chǎn)性能密切相關(guān)。此外，與蛋殼質(zhì)量相關(guān)的ATP2B1和ATP2B2基因也被鑒定為差異甲基化，可作為未來改善蛋殼質(zhì)量的分子標(biāo)志物。孵育溫度對胚胎發(fā)育也有長期影響，通過在胚胎期(ED) 1-10、ED10-20和ED20-27將孵育溫度從37.8ºC提高到38.8ºC，以研究其對DNA甲基化的影響。結(jié)果表明，甲基CpG結(jié)合域蛋白和DNA(胞嘧啶5)-甲基轉(zhuǎn)移酶可能參與鴨早期胚胎發(fā)育的熱成因調(diào)控（thermoe-pigenetic regulation)。
家禽肌肉發(fā)育過程中的DNA甲基化機(jī)制
肌內(nèi)脂肪(Intramuscular fat，IMF)是影響肉質(zhì)不可或缺的因素，受營養(yǎng)、環(huán)境和遺傳的調(diào)節(jié)。DNA甲基化在早期肌肉發(fā)育中起關(guān)鍵作用。通過建立肌內(nèi)脂肪細(xì)胞分化模型，有報(bào)道DNA甲基化通過調(diào)控COL6A1等基因影響IMF沉積，COL6A1調(diào)節(jié)肌內(nèi)脂肪細(xì)胞形成(圖3a)。在肌肉的早期發(fā)育過程中，DNA甲基化是一個(gè)不可忽視的重要因素。不同的研究發(fā)現(xiàn)，DMGs與肌動(dòng)蛋白絲解聚、骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖和肌肉器官發(fā)育顯著相關(guān)，而CFL2負(fù)調(diào)控雞骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 (圖3b)。
圖3：DNA甲基化在家禽肌肉和脂肪發(fā)育中的作用機(jī)制
- DNA甲基化通過調(diào)控膠原、VI型和α1（COL6A1）等基因調(diào)控肌內(nèi)脂肪形成，從而影響IMF沉積。
- 體外實(shí)驗(yàn)表明CFL2負(fù)調(diào)控雞骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡
DNA甲基化在家禽疾病發(fā)生中的作用
禽白細(xì)胞病病毒J亞組(Avian leukosis virus subgroup J, ALV-J)和腸炎沙門菌(沙門菌seroovar Enteritidis, SE)可通過影響家禽生產(chǎn)造成家禽行業(yè)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，并對公共衛(wèi)生造成嚴(yán)重威脅。越來越多的疾病被證明與DNA甲基化變化相關(guān)。通過MeDIP-seq和RNA-seq測序研究，生成了ALV-J陽性和陰性雞樣本的全基因組基因表達(dá)和DNA甲基化圖譜。通過整合分析篩選出6個(gè)候選基因，以鑒定啟動(dòng)子區(qū)域甲基化差異的ALV-J陰性雞(圖4a)。分析雞SE反應(yīng)的全基因組DNA甲基化譜，揭示甲基化在雞SE反應(yīng)中的調(diào)控機(jī)制。接種SE可促進(jìn)雞盲腸DNA甲基化，引起免疫和代謝相關(guān)基因甲基化變化。包括miRNA和HOX基因家族在內(nèi)的Wnt信號(hào)通路可能在雞接種過程中的SE甲基化調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用(圖4b)。
圖4：DNA甲基化在家禽疾病發(fā)生中的作用
- 通過MeDIP-seq分析鑒定ALV-J陽性和陰性雞樣本的DMRs，RNA-seq分析鑒定ALV-J陽性和陰性雞樣本的DEGs，提示TGFB2可能是識(shí)別ALV-J感染的指標(biāo)。
- 接種SE可促進(jìn)雞盲腸DNA甲基化，引起免疫和代謝相關(guān)基因甲基化變化。Wnt信號(hào)通路、miRNA和HOX基因家族可能在雞接種過程中SE甲基化調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
CD8 (Cluster of differentiation 8)作為T細(xì)胞受體的輔助受體（co-receptor），在細(xì)胞表面呈遞肽。CD8A轉(zhuǎn)錄由幾個(gè)順式和反式作用元件以及DNA甲基化調(diào)控。Xu等人研究了CD8A表達(dá)的DNA甲基化等表觀遺傳轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，發(fā)現(xiàn)鴨的CD8A mRNA水平與CD8A CpG總體甲基化狀態(tài)呈負(fù)相關(guān)，提示CD8A高甲基化可能與鴨CD8A高甲基化和DHV-1感染有關(guān)。
鐵蛋白重肽1 (Ferritin heavy polypeptide 1, FTH1)表達(dá)受多種病原體調(diào)控，但其調(diào)控機(jī)制仍不清楚。構(gòu)建鴨肝炎病毒(DHV-1)感染模型，檢測鴨感染DHV-1后FTH1 (duFTH1) mRNA的表達(dá)。采用亞硫酸鹽測序法(BSP)檢測duFTH1啟動(dòng)子區(qū)DNA甲基化水平，揭示該區(qū)域表現(xiàn)出低甲基化，同時(shí)，duFTH1啟動(dòng)子區(qū)存在影響該區(qū)域活性的突變，該突變改變了轉(zhuǎn)錄因子NRF1的結(jié)合位點(diǎn)。通過進(jìn)一步分析驗(yàn)證了FTH1啟動(dòng)子與NRF1的結(jié)合情況。本研究為duFTH1表達(dá)通過啟動(dòng)子多態(tài)性而不是DNA甲基化對DHV-1攻擊的影響提供了分子見解。
DNA甲基化如何影響家禽產(chǎn)蛋
產(chǎn)蛋是家禽的重要經(jīng)濟(jì)性狀。了解影響雞蛋生產(chǎn)的關(guān)鍵基因?qū)τN者來說具有重要意義。
已有研究表明，飼喂VC(維生素C)對11胚齡(E11)肉雞生產(chǎn)性能、免疫狀態(tài)和DNA甲基化相關(guān)基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明，E11時(shí)VC的IOF（in ovo feeding，雞胚給養(yǎng)）改善了孵化后肉雞的生產(chǎn)性能和免疫狀態(tài)，并在一定程度上提高了肉雞的抗氧化能力。酶相關(guān)DNA甲基化和去甲基化的表達(dá)提示VC組脾臟DNA甲基化水平可能升高，但抗炎和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)波動(dòng)是否與DNA甲基化變化有關(guān)，還有待進(jìn)一步研究。
此外，還研究了ZP2基因啟動(dòng)子甲基化對靜海黃雞產(chǎn)蛋率的影響。通過構(gòu)建ZP2基因缺失啟動(dòng)子載體，預(yù)測ZP2基因核心區(qū)位于-1,552~-1,348之間。ZP2基因啟動(dòng)子區(qū)mC-20、mC-21位點(diǎn)甲基化與mRNA表達(dá)呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。這兩個(gè)位點(diǎn)均位于Sp1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，可能會(huì)抑制Sp1與DNA的結(jié)合，從而影響ZP2基因的轉(zhuǎn)錄和產(chǎn)蛋。
DNA甲基化對鵝肝的影響
鵝肝是一種很受歡迎的美食。它含有大量的不飽和脂肪酸，具有獨(dú)特的風(fēng)味，深受世界各地消費(fèi)者的喜愛。研究建立了對照組和過量喂養(yǎng)組，評估添加甜菜堿（betaine）對肝臟重量等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，甜菜堿處理組鵝肝臟S14α mRNA表達(dá)水平高于對照組和過量飼喂組。使用亞硫酸鹽(包含33個(gè)CpG二核苷酸)對該區(qū)域(相對于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，在+374~-8堿基對之間)的單個(gè)等位基因進(jìn)行測序。研究結(jié)果，過量喂養(yǎng)組S14α轉(zhuǎn)錄本表達(dá)增高，33個(gè)CpG位點(diǎn)平均甲基化率為87.9%。對照組S14α基因表達(dá)明顯低于對照組(69.6%，P<0.01)。然而，甜菜堿處理組(82.6%)和過量喂養(yǎng)組(87.9%)鵝的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)甲基化水平?jīng)]有顯著變化。這些結(jié)果表明，添加甜菜堿后，S14α基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的DNA甲基化模式可能不依賴于S14α轉(zhuǎn)錄本表達(dá)。
C/EBP-β是肝臟脂質(zhì)代謝平衡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一。為進(jìn)一步了解C/EBP-β對鵝肝臟脂質(zhì)蓄積的影響，很少有研究克隆C/EBP-β的DNA。結(jié)果表明，甜菜堿不直接調(diào)控鵝體內(nèi)C/EBP-β基因的甲基化，但降低了C/EBP-β基因表達(dá)。這些數(shù)據(jù)可為進(jìn)一步研究C/EBP-β調(diào)節(jié)鵝肝脂肪代謝機(jī)制以及甜菜堿對脂肪代謝基因分子水平的影響奠定基礎(chǔ)。
限制飲食蛋氨酸會(huì)影響生長性能和氨基酸代謝。用甜菜堿補(bǔ)充甲基供體可以防止這種干擾。研究飼糧中添加蛋氨酸和甜菜堿對蛋氨酸缺乏的鵝生長性能、表觀遺傳機(jī)制和轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明，飼糧中添加甜菜堿和蛋氨酸改變了鵝肝臟LOC106032502的DNA甲基化水平，影響了鵝的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
結(jié)論
本文主要對DNA甲基化在家禽的繁殖性狀、肌肉和脂肪發(fā)育、疾病、產(chǎn)蛋等方面的影響進(jìn)行綜述。并介紹了一些重要的DNA甲基化標(biāo)記物。DNA甲基化在家禽的生長、發(fā)育、環(huán)境和營養(yǎng)等多個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。DNA甲基化通過調(diào)控基因表達(dá)影響真核細(xì)胞的發(fā)育和分化。大量研究利用DNA甲基化作為疾病鑒定和診斷的生物標(biāo)志物、動(dòng)物生長性狀標(biāo)志物、酮體性狀標(biāo)志物等(表1)。
表1：家禽DNA甲基化的主要標(biāo)志物
但從現(xiàn)有的研究來看，鴨和鵝相關(guān)的DNA甲基化研究較少，而對雞的研究較多。由于DNA甲基化的動(dòng)態(tài)性和相對不穩(wěn)定性等，目前的研究仍面臨許多挑戰(zhàn)，如某些疾病和動(dòng)物組織樣本的獲得。因此很難建立穩(wěn)定的DNA甲基化參考模型。隨著DNA全基因組甲基化生物信息數(shù)據(jù)庫的建立和DNA甲基化檢測技術(shù)的發(fā)展，對家禽DNA甲基化的研究將越來越全面，更多的DNA甲基化標(biāo)志物將被發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，這些問題也將逐步得到解決。
標(biāo)簽：
DNA甲基化
- 空間和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)綜合分析揭示與不良預(yù)后相關(guān)的中間癌細(xì)胞群
- 單細(xì)胞測序助力揭示右心室容量超荷會(huì)通過免疫反應(yīng)重啟心肌細(xì)胞的增殖
- BS+ChIP-seq在揭示DNA甲基化調(diào)控非編碼RNA抑制腫瘤侵襲性中的應(yīng)用
- 靶基因甲基化測序(Target-BS)等在揭示特應(yīng)性皮炎新發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用
- ChIP等揭示糖皮質(zhì)激素和TET2共調(diào)控促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移的表觀遺傳機(jī)制
- 游離細(xì)胞DNA（cfDNA）檢測整體研究方案及其應(yīng)用案例
- DNA甲基化修飾整體研究方案技術(shù)介紹及經(jīng)典案例分析
- DNA甲基化詳解
- 伯豪董事長出席專精特新中小企業(yè)發(fā)展壯大論壇并發(fā)言
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- 伯豪生物2024單細(xì)胞空轉(zhuǎn)生信培訓(xùn)8月直播課開啟報(bào)名
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