Genome Biology | 基因组所李奎教授团队解码猪基因表达调控密码

每个生物的细胞里都有两份基因“说明书”，一份来自父亲，一份来自母亲。通常细胞会“公平”地同时阅读两份，但有时会“偏心”只读一份，让另一份“沉睡”。

这种现象，叫做等位基因特异性表达（Allele-Specific Expression，简称 ASE）。它普遍存在于从人类到家禽的大多数物种中，与疾病、产量、肉质等复杂性状密切相关。

2026年6月29日，中国农科院基因组所（大鹏湾实验室）李奎教授团队联合荷兰瓦赫宁根大学、丹麦奥胡斯大学、英国爱丁堡大学研究团队在《基因组生物学（Genome Biology）》上在线发表题为“Mapping the landscape of allele-specific expression in porcine genomes”研究论文。该研究依托 Farm-GTEx-pig 项目中猪多组织转录组大数据，首次构建了覆盖 42 种组织 （细胞系）、34 个猪品种的全基因组等位基因特异性表达全景图谱，开发了一套无需亲本基因型、无需全基因组测序数据、标准化的ASE分析流程，系统解析了猪 ASE的基因组分布、组织、品种间特异性以及调控特征，为家畜重要复杂性状的调控变异解析提供核心资源以及可复用的开源工具。

一图读懂

猪基因组的“偏心”密码

要理解 ASE 为什么重要，不妨先想象一个场景：一个合唱团里，两位歌手拿到了同一份乐谱。大多数时候，他们唱得一样响亮。但偶尔，一位歌手的声音盖过了另一位——这种"不对等"并非偶然，而是指挥刻意为之，或者是乐谱上某个细微的差异改变了其中一位的演唱方式。

在基因组里，"指挥"就是转录因子、染色质状态、DNA 甲基化等调控机制。当父本和母本等位基因上存在序列差异时——哪怕只差一个字母（单核苷酸多态性，SNP）——这些差异就可能影响转录因子的结合亲和力，导致一条等位基因被"调大"，另一条被"调小"，甚至完全沉默。

“ASE是研究基因表达调控、功能变异以及畜禽复重要杂性状遗传机制的重要切入点。”文章通讯作者、基因组所（大鹏湾实验室）李奎教授解释说，在人类医学研究中，ASE被广泛应用于疾病相关变异和调控机制的研究，然而，在家畜尤其是猪的前期研究中局限于组织单一、品种少和小规模样本，大规模、系统性ASE研究十分缺乏。

传统 ASE 检测高度依赖全基因组测序数据获取基因型，大批量群体样本测序成本极高，仅靠RNA-seq直接判型杂合位点准确率极低，而且长期以来家畜ASE研究中缺少标准化高精度分析流程，缺少一套完整校正参考等位比对偏倚、适配家畜 RNA-seq 的开源 ASE分析流程。文章共同通讯作者、基因组所（大鹏湾实验室）白立景副研究员说。

填补空白，构建首个猪 ASE 全景图谱

针对以上空白，研究团队利用 Farm-GTEx-pig 项目6020 份猪多组织转录组（RNA-seq）样本数据，开发了一套基于公开RNA-seq数据与开源软件的标准化ASE分析流程，该流程不需要亲本基因型信息和全基因组测序数据，整合Trimmomatic、STAR、WASP、Samtools、GATK、phASER、R 统计工具，由样本数据收集与质控，基因型构建与验证，RNA-seq 比对与校正等位比对偏倚，SNP和基因水平 ASE 定量，基因组、组织、品种多维图谱注释，数据集整理开源六个主要环节组成（图1），通过RNA-seq变异检测、群体水平基因型填充以及等位基因表达分析，实现了大规模高准确度ASE鉴定。

图1 基于公开RNA-seq数据和开源软件的ASE分析流程

利用这一流程，研究团队对6020份高质量RNA-seq样本、覆盖42种组织（包含3个细胞系）和34个猪品种，创新型提出RNA 填充基因型（RNAim）策略，从RNA-seq检出杂合 SNP，依托多品种猪参考面板填充得到全基因组 308 万个变异，单样本平均获得140万个杂合 SNP 用于ASE检测。为了验证RNA填充数据（RNAim）开展ASE分析的准确性，研究团队进一步比较了杜洛克、皮特兰、大白猪 3 个品种猪同一样本、不同来源基因型数据（全基因组测序（WGS）、转录组测序（RNA-seq）以及RNA填充基因型（RNAim））得到的ASE分析结果。结果表明：剔除两个异常样本外，RNAim 与 WGS数据ASE分析结果一致性达到97.31%，远远高于 RNA 直接判型（74.33%）；利用WASP校正参考基因组比对偏差后，RNAim、RNA 直接分型、WGS 三套基因型检出ASE趋势完全一致（图2）。这些结果表明：团队提出的RNA-seq 群体填充全基因组基因型（RNAim）方案能够很好地替代WGS用于ASE研究，为全面利用海量公开RNA-seq数据开展群体大规模ASE分析提供了一种可靠且经济高效的解决方案。

图2 同一样本全基因组测序（WGS）、RNA-seq以及RNA填充基因型（RNAim）分析结果比较

研究团队利用 RNAim策略实现了大规模 ASE 检测，构建了目前规模最大的猪ASE表达图谱。发现ASE在猪基因组中广泛存在，但其分布呈现显著的不均匀性 （图3）。 研究共鉴定出309874个ASE位点，其中91%位于基因区域，包含内含子，UTR和编码区域。ASE在不同的染色体上不均匀富集，其中12号染色体富集程度最高，16号最低。进一步分析鉴定出13684个基因呈现ASE。利用30个已发表的猪印记基因开展验证工作发现21个检出单等位表达，16个基因在对应组织重现经典印记模式。组织ASE 图谱发现不同组织之间ASE位点比例介于1.3%（垂体）至54.1%（卵裂球）之间。 胚胎、生殖相关组织（卵裂球、卵母细胞、早期胚胎）表现出较高ASE比例，脑组织等高度分化组织的ASE水平相对较低，与人类 GTEx 规律一致。ASE呈现高度组织特异性，不同组织之间ASE共享度极低，组织重叠极少，共筛选 165 个组织水平 ASE 基因（分布 28 类组织），其中 142 个为组织特异性 ASE 基因。 对组织特异性ASE基因进行功能分析发现，这些基因富集于与对应组织生物学功能密切相关的通路，肠道 ASE 基因富集抗菌免疫、营养消化吸收；脑组织特异性 ASE 基因参与神经代谢、骨骼矿化；胚胎类组织 ASE 调控发育相关染色质重塑，说明ASE可能参与组织特异性功能的形成和维持。 同时研究也发现，品种间ASE模式也存在组织特异性，提示了品种间的驯化差异。34个品种对比发现：西方瘦肉猪（杜洛克、大白）ASE富集生长、产肉相关基因；中国地方猪（梅山、太湖）ASE富集脂肪沉积、繁殖相关调控位点；通城猪肌肉特有 ASE 信号提示调控变异影响生长和肉质。大量品种特有ASE位点是人工驯化、自然选择以及人工选育留下的顺式调控变异标记，可作为基因组选配分子标记。

图3 ASE 位点和基因在猪基因组中的分布

综上，等位基因特异性表达（ASE）作为一种新的遗传现象能够从新角度揭示家畜重要复杂性状形成的分子机制，本研究开发了一套标准化、可复用的家畜ASE分析体系，基于RNA 填充全基因组基因型（RNAim）方案，无需 WGS、无需亲子三代系谱信息，仅使用大规模 RNA-seq 即可构建群体级、高精度全基因组杂合位点图谱，有效解决传统 ASE 研究测序成本高、样本通量受限等限制因素，分析体系可直接迁移牛、羊、鸡等主要畜禽物种。同时完整开源了可迁移的ASE 分析流程，一站式解决等位比对偏倚、低深度假阳性、基因型成本高等问题，流程代码托管 GitHub 与 Zenodo，从事家畜转录组、调控变异、分子育种方向的科研人员可直接复用代码开展分析。本研究首次绘制了全球首个猪多组织、多品种、最大规模的ASE全景图谱，挖掘了组织特异性 ASE 基因，评估品种间ASE表达差异及影响，是Farm-GTEx-pig项目的重要资源补充。未来应用中，将ASE 图谱与猪 eQTL数据联合，有助于精细定位影响猪生长、产肉、免疫、发育等功能顺式调控变异；将ASE图谱与GWAS以及其它多组学数据深度融合，有助于进一步解析表观遗传变异如何影响群体中的基因表达差异，提高重要复杂性状因果变异定位能力，为家畜功能基因组学研究、复杂性状遗传调控解析以及精准育种提供坚实的数据基础和研究平台。

中国农业科学院农业基因组研究所李奎教授、白立景副研究员为共同通讯作者，中国农业科学院和荷兰瓦赫宁根大学联合培养博士研究生姚文晔为第一作者，丹麦奥胡斯大学、英国爱丁堡大学房灵昭教授、荷兰瓦赫宁根大学Marta Gòdia博士、Ole Madsen副教授和Martien A.M. Groenen教授参与了本课题。

该研究得到深圳市杰出科技创新人才培养计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、科技创新 2030—重大项目、广西自然科学基金、深圳市科技创新委员会以及大鹏新区配套等项目支持。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-026-04174-z