猪基因组近交纯合对选择性多聚腺苷酸化的影响

Alternative polyadenylation (APA) involved in lots of physiological and pathological processes, such as growth, immunity and reproduction. Genomic variation could affect occurrence of APA, however, inbreeding lead to genomic homozygosity, the impacts and mode of action of which on APA is unclear. In our previous study, inbreeding causes many genomic variations in homozygosity, and the homozygous sites locate in polyadenylation signals (PAS) and polyadenylation factor (PAF) associated genes. These variations in homozygosity might affect PAS and PAF, changing the occurrence of APA. Based on these clues, we plan to perform the following research in inbred and outbred Luchuan pigs: (1) investigation of APA genes and analyzing the difference of PAS sequence and expression of PAF associated gene caused by inbreeding; (2) confirming sites of genomic variations in homozygosity (including SNP and InDel) caused by inbreeding through comparing the genomic region of homozygosity (ROH); (3) investigating the influence of SNP and InDel on PAS sequence, expression of PAF associated genes and expression of transcripts. Finally, we try to explain the effect and role of genomic variations in homozygosity caused by inbreeding on APA. This project plays a crucial role in occurrence mechanism of APA and inbreeding depression.

选择性多聚腺苷酸化（APA）参与机体的生长、免疫及繁殖等诸多生理和病理过程。基因组变异可以影响APA发生，而近交导致基因组纯合，其对APA的影响及作用方式尚不清楚。本项目前期研究发现，近交导致大量的基因组变异纯合，且纯合位点位于多聚腺苷酸化信号（PAS）及多聚腺苷酸化因子（PAF）相关基因中，这种变异的纯合可能影响PAS及PAF从而导致基因的APA发生改变。基于此，针对近交和非近交陆川猪开展如下研究：（1）研究发生APA的基因，分析近交产生的PAS序列及PAF相关基因表达量的差异；（2）比较基因组的纯合区域（ROH），确定近交产生基因组变异纯合的位点（包括SNP和InDel）；（3）研究（2）中近交产生的基因组变异纯合对PAS序列、PAF相关基因及转录本表达量的影响，揭示近交产生基因组纯合对APA影响及作用方式。本项目的开展在APA的发生机制及近交衰退研究方面具有重要意义。

哺乳动物中70%的基因存在多个PAS，一个基因可以产生多个具有不同长度3'UTR的mRNA或不同编码序列的转录本，这一现象称为选择性多聚腺苷酸化，其参与机体的生长、免疫及繁殖等诸多生理和病理过程。基因组变异可以影响APA发生，而近交导致基因组纯合，其对APA的影响方式尚不清楚。本研究基于基因组重测序和3'转录组测序，比较近交和非近交陆川猪中发生APA的基因，在不同组织中研究近交产生的基因组变异纯合对PAS序列、PAF及APA相关基因转录本表达量的影响，进而阐述近交产生的基因组变异纯合对PAS的影响。基于基因组重测序数据，在15个近交和15个非近交陆川猪中分别发现5565975和 11404486个高质量SNP，通过PLINK软件分析分别发现4511和3501个R0H，在近交个体中，Fhom和Froh的均值分别为59.64%和0.12，极显高于非近交个体的53.18%和0.05 (P<0.01)，说明该陆川猪群体己达到高度近交。近交与非近交陆川猪在肝脏、颌下淋巴结、腿肌组织中分别发现1127、4538、6308个差异表达的APA。其中，腿肌组织中有453个3′UTR缩短和1431个3′UTR伸长的基因，颌下淋巴结组织中有1349个3′UTR缩短和443个3′UTR伸长的基因，肝脏组织中有320个3′UTR缩短和239个3′UTR伸长的基因。在近交陆川猪中共发现0/0型纯合SNP 358207个，1/1型纯合SNP 1118428个，在非近交陆川猪中发现0/1型杂合SNP 17480375个，近交过程中产生的纯合变异有4630243个SNP，我们发现986个纯合SNP从不同程度上干扰PAS选择信号，结合近交和非近交陆川猪不同组织之间的APA使用差异，我们在腿肌、颌下淋巴结、肝脏组织中分别获得136、146、54个位点受PAS-SNP调控，如在近交陆川猪中ACTN3基因中由于AATAAA信号转变为AACAAA信号，导致了近端位点信号纯合缺失，使近交陆川猪相比于非近交陆川猪在该基因中更偏向于使用远端信号，这表明在近交过程中遗传变异可以通过改变PAS信号影响APA位点选择和表达。本项目从近交产生的基因组纯合对APA的影响及作用方式着手，旨在研究近交产生的差异的遗传基础，在APA发生机制及近交衰退研究方面具有重要意义。