近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院國(guó)家生豬種業(yè)工程技術(shù)研究中心主任、溫氏食品集團(tuán)首席科學(xué)家吳珍芳教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊《Nature Communications》在線(xiàn)發(fā)表了題為“Cell-cell communication-mediated cell-type-specific parent-of-origin effects in mammals”的重要研究成果。該研究通過(guò)構(gòu)建高分辨率豬胎盤(pán)單細(xì)胞圖譜，系統(tǒng)揭示了基因組印記基因在不同細(xì)胞類(lèi)型和發(fā)育階段中的動(dòng)態(tài)調(diào)控規(guī)律。
研究共鑒定出118個(gè)高置信度印記基因，其中97個(gè)為哺乳動(dòng)物中首次發(fā)現(xiàn)；超過(guò)75%的印記基因呈現(xiàn)出細(xì)胞類(lèi)型或發(fā)育階段特異性，并進(jìn)一步揭示細(xì)胞間通訊是驅(qū)動(dòng)這種特異性的關(guān)鍵機(jī)制。這不僅填補(bǔ)了豬基因組印記研究的空白，也為理解哺乳動(dòng)物胎盤(pán)發(fā)育和復(fù)雜性狀形成提供了新視角。
基因組印記是指某些基因的表達(dá)僅來(lái)源于父源或母源拷貝，打破了常規(guī)的雙等位基因表達(dá)模式。這類(lèi)基因在物種、時(shí)間和組織上具有高度特異性。盡管在人類(lèi)和小鼠中已識(shí)別出數(shù)百個(gè)印記基因，但在豬這一重要農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)模型中，此前確認(rèn)的印記基因不足百個(gè)，且多數(shù)僅在胎盤(pán)中表現(xiàn)印記狀態(tài)。因此，解析豬胎盤(pán)中印記基因的細(xì)胞類(lèi)型特異性，對(duì)于理解其普遍機(jī)制和應(yīng)用價(jià)值至關(guān)重要。
（1）構(gòu)建首個(gè)豬胎盤(pán)單細(xì)胞印記圖譜，澄清IGF2R印記爭(zhēng)議
利用杜洛克與魯萊豬正反交F?代胎盤(pán)組織，結(jié)合單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與基因組重測(cè)序技術(shù)，構(gòu)建了包含5類(lèi)主要細(xì)胞、14種滋養(yǎng)層亞型的豬胎盤(pán)單細(xì)胞圖譜（PPCA）。鑒定出118個(gè)候選印記基因，其中97個(gè)為哺乳動(dòng)物中首次報(bào)道。發(fā)現(xiàn)約75%的印記基因具有細(xì)胞類(lèi)型或發(fā)育階段特異性。例如，IGF2R僅在血管內(nèi)皮、成纖維及平滑肌細(xì)胞中呈現(xiàn)母源表達(dá)，其他細(xì)胞類(lèi)型則為雙等位基因表達(dá)，解釋了以往組織水平研究結(jié)果不一致的原因。
（2）發(fā)現(xiàn)AMPH與DPPA5為關(guān)鍵胎盤(pán)發(fā)育印記基因
通過(guò)擬時(shí)序分析發(fā)現(xiàn)妊娠第40天至第70天滋養(yǎng)層細(xì)胞分化軌跡顯著變化，AMPH和DPPA5在此期間由雙等位基因表達(dá)轉(zhuǎn)變?yōu)楦冈刺禺愋员磉_(dá)。RT-PCR和桑格測(cè)序驗(yàn)證了上述表達(dá)模式轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)DNA去甲基化酶AICDA與這兩個(gè)基因表達(dá)密切相關(guān)，提示其可能通過(guò)去甲基化作用調(diào)控印記狀態(tài)。
（3）揭示細(xì)胞間通訊驅(qū)動(dòng)印記特異性形成的分子機(jī)制
通過(guò)配體-受體互作、免疫共沉淀及自建基因共表達(dá)指數(shù)模型分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)印記基因在其發(fā)生印記的細(xì)胞類(lèi)型中傾向于形成自分泌信號(hào)通路?？缥锓N比較表明，自分泌通路的存在與否與印記狀態(tài)密切相關(guān)，為理解親源效應(yīng)在不同物種和細(xì)胞類(lèi)型中的差異提供了新思路。
本研究以豬胎盤(pán)為模型，首次在單細(xì)胞層面系統(tǒng)解析了基因組印記的動(dòng)態(tài)特征及其調(diào)控機(jī)制，破除了多個(gè)長(zhǎng)期存在的爭(zhēng)議，發(fā)現(xiàn)了大量新的印記基因，并揭示了細(xì)胞微環(huán)境對(duì)印記形成的核心作用。研究結(jié)果不僅深化了對(duì)基因組印記本質(zhì)的理解，也為豬遺傳改良和功能基因組研究提供了寶貴資源。
本論文的第一作者包括華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院吳家勁博士后、鄭恩琴高級(jí)實(shí)驗(yàn)師和劉瑯青副教授，通訊作者為吳珍芳教授、楊杰教授和蔡更元研究員。
