猪高海拔适应性相关的染色质空间构象变化

The mechanism of high altitude adaptation have become topic of great interests in recent years. Extensive and in-depth investigations of high-altitude adaptation have been carried out at the level of morphology, anatomy, hemodynamics, physiology and genomics. It is evident that DNA sequence polymorphism alone does not provide adequate explanations for the molecular basis of high altitude adaptation. Our previous study have investigated the mechanism of high altitude adaptation using RNA-sequencing method. In this proposal, we focus on the potential roles of chromatin architecture reorganization in high altitude adaptation in pig. This study aimed to explore the highly dynamic chromatin architecture reorganization in high altitude adaptation, and to identify high altitude adaptation-related structure unit.With functional evaluation of the specific long-range sequence interactions in high altitude adaptation, we envision that our discoveries will provide new information for deciphering the important roles of 3D genome in high altitude adaptation, and for maximizing the economic benefits in producing stress resistant-pigs for the benefit of human society.

近年来，高海拔适应性机制吸引了越来越多领域学者的目光，但目前大多数对高海拔适应性机制的研究都集中在解剖学、生理学、基因组学等研究领域。针对高海拔适应这一重要科学问题，申请人在前期利用转录组解析高海拔适应性机制的研究基础上，拟在染色质空间构象层面继续解析猪的高海拔适应性机制。本研究旨在解析猪高海拔适应性过程中不同组织的染色质层级空间构象变化，鉴定并明确与高海拔适应性相关的关键拓扑结构调控单元。最后，在细胞水平针对关键拓扑结构调控单元开展功能验证，深入阐明其机理，明确其在高海拔适应性中的具体生物学效应。本课题有望从基因组三维空间结构的新视角揭示猪的高海拔适应性机制，其结果将为深刻理解猪的抗逆性机制提供重要理论依据。

染色质的空间结构在基因组功能调控中扮演重要的角色，本项目基于Hi-C 技术，从三维基因组的染色质构象角度解析猪多个组织的高海拔适应性分子机制，以期鉴定出在猪高海拔适应性中起到重要作用的三维空间结构调控单元。通过采集巴克夏猪（低海拔猪种）和藏猪（高海拔猪种）及其正反交子一代的耳组织，获得大量SNVs，为高海拔适应机制提供了素材。通过对F1代杂交猪肝脏组织样本进行全基因组长片段测序，鉴定出大量可靠的基因组InDels。对F1代肝脏、骨骼肌和大脑进行高深度原位Hi-C测序，构建了高分辨率低海拔猪种二倍体三维基因组图谱，归纳出与适应高海拔低氧机制相关的组织的三维基因组全局特征，建立了绘制非模式生物二倍体三维基因组图谱的方法体系。同时，鉴定出染色质构象的典型层级结构，包括A/B区室、拓扑关联域（TADs）、CTCF介导的染色质环（loops）和启动子-增强子互作（PEIs），并鉴定出高低海拔猪种间的染色质差异。本项目表明高低海拔猪种在单倍型染色质构象上存在差异，并且这种差异主要由序列变异导致的，与品种间基因表达偏倚密切相关，很可能是两个品种间自然和人工选择形成的显著表型差异的分子基础。同时鉴定出了潜在通过改变染色质构象进而调控基因表达的序列变异，为猪分子育种提供了新思路和新靶点，可以有效促进猪的遗传改良。