【摘 要】
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猪是重要的农业经济动物,由于其体型、器官大小和人类较为接近,也被广泛应用于人类疾病研究、药物反应测试和治疗的替代模型。在基因组水平上,猪的基因序列与人类和小鼠高度相似,受限于有限的基因注释信息,猪的基因功能研究往往会参考其在小鼠或人基因组上的同源基因信息,该做法往往缺乏足够的科学依据。基因功能的发生关键在于其转录与表达,基因表达调控模式的相似性更能代表功能的相似性。先前的研究表明,功能基因往往是共
【基金项目】
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国家重点研发青年科学家项目(2021YFD1300800);
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猪是重要的农业经济动物,由于其体型、器官大小和人类较为接近,也被广泛应用于人类疾病研究、药物反应测试和治疗的替代模型。在基因组水平上,猪的基因序列与人类和小鼠高度相似,受限于有限的基因注释信息,猪的基因功能研究往往会参考其在小鼠或人基因组上的同源基因信息,该做法往往缺乏足够的科学依据。基因功能的发生关键在于其转录与表达,基因表达调控模式的相似性更能代表功能的相似性。先前的研究表明,功能基因往往是共表达的,共表达关系可以反映出生物基因表达调控过程,对猪与人、鼠之间共表达模式的比较研究能够更好的指导猪功能基因组的研究与应用。本研究收集了猪、人、鼠大规模转录组公共数据,通过共表达关系的构建评估猪与人、鼠间的基因调控模式的异同,详细比较了物种整体及特定组织中基因表达模式的差异,解析了这些差异调控基因的潜在生物学意义。主要结果如下:(1)本研究整理分析了10276个转录组样本,其中包括3500个猪样本,3538个人类样本和3238个小鼠样本,对三个物种所有的13119个一对一同源的蛋白质编码基因进行了共表达关系的研究。通过各个物种内部的基因共表达关系的计算,发现猪和小鼠基因的共表达程度要比人类更高。(2)在整体上,猪和人之间大约39.56%的同源基因共表达关系是保守的,高于猪和小鼠的35.18%与人和小鼠的36.51%。这表明一对一的直系同源基因对在两两物种之间大多具有不同的协同表达效应。在基因表达调控层面,相较于小鼠,猪和人之间的关系更为密切。(3)猪、人类和小鼠的同源基因共表达网络在拓扑结构上具有较大差异。猪、人、小鼠的基因共表达网络的模块数量分别为11、15、17个,猪的模块数量最少。相较于猪,人类的基因共表达网络结构更为稀疏。小鼠的共表达网络结构最为复杂。(5)在心脏组织中,猪和人之间大约71.88%的同源基因共表达关系是保守的,高于猪和小鼠的56.67%与人和小鼠的68.04%。对于心脏组织,物种间同源基因的共表达关系保守性是远远高于不考虑组织时的情况。其中猪和人之间基因共表达关系的保守性高于猪和小鼠。这表明,相较于小鼠,猪与人类的心脏组织在转录调控模式上更为接近。另外,在基因表达调控层面为猪作为人类心血管系统研究的动物模型提供了依据。本研究的结果在转录组学层面分析了猪、人和小鼠之间的差异。通过共表达关系保守性的分析,得知在研究猪的基因间的表达调控模式时,参考小鼠或人的同源基因时应注意这些差异。对研究猪的基因功能一定的指导作用,使科研人员在对猪的基因功能的调控机制进行研究时,参考模式动物小鼠或人的同源基因时有一定的依据。另外,提供了丰富且优质的转录组资源,为高效地整合利用猪的组学数据实现猪重要经济性状相关功能基因的定位和解析奠定了基础。
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