WGBS+RNA-seq全景绘制解析猪肌肉DNA甲基化图谱与遗传调控机制
2026-10-13 来源:本站 点击次数:54
DNA甲基化是与遗传调控、基因表达和表型变异相关的重要表观遗传特征，但猪骨骼肌甲基化组的遗传结构、调控组织及性状相关性目前仍尚未阐明。
2026年10月2日，浙江大学王依婷博士和陈子韬博士为第一作者、王起山教授和潘玉春教授为共同通讯作者，在《Journal of Advanced Research》期刊发表题为“Integrative genomics decoding DNA methylation-mediated genetic control of complex traits in pigs”的高水平科研成果。研究以猪骨骼肌为对象，整合185例DNA甲基化测序（WGBS）、148例转录组测序（RNA-seq）、Hi-C三维染色质互作、全基因组变异以及生长和肉质性状GWAS/PheWAS数据，系统解析了猪骨骼肌DNA甲基化的遗传调控机制。
发表期刊：Journal of Advanced Research（J Adv Res）
影响因子：IF17.1/Q1
技术平台：WGBS、RNA-seq等
作者单位：浙江大学、奥胡斯大学
DOI:10.1016/j.jare.2026.10.001
研究摘要
研究从单CpG位点和CpG块（CpG block）共同绘制了顺式甲基化数量性状位点（cis-meQTL）图谱，并将遗传调控的甲基化信号与eQTL、GWAS结果进行共定位、孟德尔随机化、中介分析及染色质互作注释等整合分析。研究还构建了基于基因型预测甲基化的甲基化遗传评分（MGS），并通过CRISPR-dCas9-TET1介导的去甲基化对优先筛选的CpG块进行功能验证，最终优先筛选6，894个候选基因，为揭示DNA甲基化介导猪复杂性状的分子机制提供了系统证据。
分析结果表明，CpG块甲基化比单CpG位点甲基化捕获更广泛、更富集的遗传调控信号，支持甲基化块作为区域化甲基化特征。整合分析优先筛选的6,894个候选基因，提示连接甲基化、转录与经济重要性状的遗传调控。MGS对背膘厚等若干胴体和肉质性状展现出中等预测性能。对CpG块靶向去甲基化提高了猪肌肉卫星细胞中SOCS3蛋白丰度并改变增殖相关表型，为该优先筛选位点提供了概念验证性功能支持。研究结果表明猪骨骼肌DNA甲基化广泛受顺式遗传变异影响。将受遗传调控的甲基化与表达及性状相关性信号整合分析，为揭示DNA甲基化介导猪复杂性状的分子机制提供了重要证据。
研究亮点
图形摘要：DNA甲基化介导的遗传变异与复杂性状之间的调控关系
研究方法
数据与队列： 185个WGBS样本，148个RNA-seq样本，Hi-C公开数据，91个生长、胴体和肉质性状数据。
cis-meQTL定位：顺式meQTL定位，通过条件分析区分独立信号。
共定位与孟德尔随机化：整合meQTL、eQTL与GWAS信号。
两步法与多变量孟德尔随机化中介分析：分析甲基化→表达→性状的中介效应，计算中介比例，并区分直接与中介通路。
甲基化遗传评分（MGS）构建：基于基因型预测甲基化水平，进行EWAS分析，评估MGS预测性能。
功能验证：利用CRISPR-dCas9-TET1系统在永生化猪骨骼肌卫星细胞中对优先筛选的SOCS3相关CpG块进行靶向去甲基化，通过Western blot、CCK-8、流式细胞周期分析评估功能效应。
结果图形
（1）基因型对猪骨骼肌DNA甲基化的影响
图1. 猪骨骼肌DNA甲基化变异的遗传结构与调控图谱。
a. 对WGBS数据进行SNP calling及基因型填充的精度进行评估。
b. 基于真阳性（TP）、假阳性（FP）和假阴性（FN）变异数量，评价不同过滤策略下的SNP calling表现。
c. 在CpG位点（左）和CpG区块（右）水平上，不同染色质状态下DNA甲基化水平的密度分布。
d. 单CpG分辨率（site meQTL）与区域分辨率（block meQTL）下meQTL定位的示意图。
e. 全部CpG位点/区块、未检出meQTL的CpG位点/区块，以及检出meQTL的CpG位点/区块的甲基化水平顺式遗传力。
f. 独立meQTL的mCpG和mBlock的顺式遗传力分布。
g-h. 位点水平（g）与区块水平（h）meQTL的等位基因频率与绝对效应大小之间的关系。
i. 显著影响染色质可及性的meQTL在不同细胞类型中的分布。
j. CpG位点和CpG区块meQTL变异中预测到的等位基因特异性motif亲和性改变频率。
k. 预测等位基因特异性改变事件数量TOP10 motif模型的气泡图。
l. meQTL在染色质状态（左）和基因组注释（右）中的富集分析。
（2）猪骨骼肌表达数量性状甲基化（eQTM）分析
b. 在蛋白编码基因（PCGs）和lncRNAs中鉴定的顺式eQTM（CpG位点和CpG块）相关基因的数量及比例。
c-d. CpG位点和CpG块的甲基化水平与其绝对效应量之间的关系。
e-f. CpG位点/CpG块与其靶基因转录起始位点之间的距离及效应量。
g-h. CpG位点/CpG块与其靶基因转录起始位点之间的距离及P值。
i. 具有位点eQTM的基因、位点eQTM、具有块eQTM的基因及块eQTM的染色体分布。
j. eQTM在不同基因组区域中的分布特征。
（3）整合meQTL与eQTL数据鉴定遗传支持的调控关系
c. 启动子区域的近端DNAm-基因调控候选模型，并给出代表性共定位证据支持。
d. 代表性启动子相关位点的meQTL和eQTL信号LocusZoom图。
e. 增强子相关的DNAm-基因关系候选模型，并给出共定位证据支持。
f. 代表性增强子相关位点的meQTL和eQTL信号LocusZoom图。
g. 调控区域DNAm变异与下游基因表达之间潜在的间接调控候选模型。
h. 位于同一拓扑关联域（TAD）内的远端CpG-基因对候选模型，为潜在调控互作提供空间环境。
i. 代表性TAD相关位点的meQTL和eQTL信号LocusZoom图。
j. 基于Hi-C注释、由染色质环连接的远端CpG-基因对候选模型。
k. 代表性环相关位点的meQTL和eQTL信号LocusZoom图。
l. 缺乏可检测TAD或loop支持的远端CpG-基因对候选模型，突出潜在调控环境的多样性。
（4）整合meQTL与GWAS数据鉴定遗传支持的调控关系
图4：DNA甲基化变异与复杂性状变异相关的整合遗传与表观遗传证据
a. 在CpG位点与甲基化块联合分析中，各性状鉴定到的甲基化单位-性状相关性数量堆叠条形图。
b. 基因型预测甲基化水平与复杂性状之间全基因组范围的SMR关联信号曼哈顿图。
c. 基于基因型预测甲基化水平对与LMA、LMDEP和BFT相关的代表性CpG块的全基因组关联分析（基于甲基化预测的EWAS）。
d. 代表性位点的meQTL和GWAS信号LocusZoom图。
e. 在选定参数组合下，各性状基于甲基化的遗传评分（MGS）表现最佳的预测性能。
f. 性状相关CpG块与非性状相关CpG块之间MGS预测性能比较。
（5）多性状共定位与中介分析揭示多组学调控，整合分析改进靶基因优先筛选
图5：甲基化-基因-性状调控级联的调控优先筛选排序与功能验证。
a-b. 在CpG位点（a）和甲基化区块（b）水平上，由moloc、OPERA和HyPrColoc鉴定到的显著CpG-基因–性状三元重叠UpSet图。
c-d. CpG位点（左）和CpG区块（右）分析中中介比例（PM）分布。
e. meQTL、eQTL和GWAS的LocusZoom图。
f. 对候选甲基化-基因-性状调控级联进行优先筛选排序的遗传、表观遗传和功能证据整合流程图。
g. 优先筛选排序的生长相关甲基化-基因-性状级联及其相关KEGG通路桑基图。
h. 12号染色体区域的多组学整合分析。
i. 阴性对照（NC）组和Mix组中SOCS3蛋白丰度western blot。
j. NC组和Mix组的细胞活力检测。
k. NC组和Mix组的细胞周期分布（G1、S和G2/M期）流式细胞术。
结论和启示
本研究通过整合全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）、基因型、转录组及多组学分析，系统绘制了猪骨骼肌DNA甲基化的遗传调控图谱。研究结果表明，DNA甲基化变异广泛受顺式遗传效应影响，CpG位点和CpG块均能捕获连接遗传变异与复杂性状的可遗传调控信息。通过结合meQTL定位、共定位、孟德尔随机化、EWAS和染色质互作数据，研究优先筛选连接DNA甲基化、基因表达与表型变异的受遗传支持的调控关系。
参考文献：
Wang Y, Chen Z, Fan M, Liu C, Gu J, Yu P, Jin W, Zhang Z, Xie S, Yang T, Jiang J, Zhang Z, Wang Z, ZHang Z, Fang L, Pan Y, Wang Q. Integrative genomics decoding DNA methylation-mediated genetic control of complex traits in pigs. J Adv Res. 2026 Oct 2.doi: 10.1016/j.jare.2026.10.001.
2026年10月2日，浙江大学王依婷博士和陈子韬博士为第一作者、王起山教授和潘玉春教授为共同通讯作者，在《Journal of Advanced Research》期刊发表题为“Integrative genomics decoding DNA methylation-mediated genetic control of complex traits in pigs”的高水平科研成果。研究以猪骨骼肌为对象，整合185例DNA甲基化测序（WGBS）、148例转录组测序（RNA-seq）、Hi-C三维染色质互作、全基因组变异以及生长和肉质性状GWAS/PheWAS数据，系统解析了猪骨骼肌DNA甲基化的遗传调控机制。
标题：Integrative genomics decoding DNA methylation-mediated genetic control of complex traits in pigs（整合基因组学破译DNA甲基化介导的猪复杂性状遗传调控机制）
发表时间：2026-10-02发表期刊：Journal of Advanced Research（J Adv Res）
影响因子：IF17.1/Q1
技术平台：WGBS、RNA-seq等
作者单位：浙江大学、奥胡斯大学
DOI:10.1016/j.jare.2026.10.001
研究摘要
研究从单CpG位点和CpG块（CpG block）共同绘制了顺式甲基化数量性状位点（cis-meQTL）图谱，并将遗传调控的甲基化信号与eQTL、GWAS结果进行共定位、孟德尔随机化、中介分析及染色质互作注释等整合分析。研究还构建了基于基因型预测甲基化的甲基化遗传评分（MGS），并通过CRISPR-dCas9-TET1介导的去甲基化对优先筛选的CpG块进行功能验证，最终优先筛选6，894个候选基因，为揭示DNA甲基化介导猪复杂性状的分子机制提供了系统证据。
分析结果表明，CpG块甲基化比单CpG位点甲基化捕获更广泛、更富集的遗传调控信号，支持甲基化块作为区域化甲基化特征。整合分析优先筛选的6,894个候选基因，提示连接甲基化、转录与经济重要性状的遗传调控。MGS对背膘厚等若干胴体和肉质性状展现出中等预测性能。对CpG块靶向去甲基化提高了猪肌肉卫星细胞中SOCS3蛋白丰度并改变增殖相关表型，为该优先筛选位点提供了概念验证性功能支持。研究结果表明猪骨骼肌DNA甲基化广泛受顺式遗传变异影响。将受遗传调控的甲基化与表达及性状相关性信号整合分析，为揭示DNA甲基化介导猪复杂性状的分子机制提供了重要证据。
研究亮点
- 多组学整合将猪骨骼肌中的基因型、DNA甲基化、基因表达与复杂性状联系起来。
- 顺式调控变异在CpG位点和CpG块两个层面广泛介导DNA甲基化。
- 受遗传调控的甲基化与基因表达和生产性状变异相关。
- 共定位、孟德尔随机化和Hi-C优先筛选与甲基化相关的调控关系。
- CRISPR-dCas9-TET1编辑为SOCS3相关的甲基化块提供位点功能支持。
研究方法
数据与队列： 185个WGBS样本，148个RNA-seq样本，Hi-C公开数据，91个生长、胴体和肉质性状数据。
cis-meQTL定位：顺式meQTL定位，通过条件分析区分独立信号。
共定位与孟德尔随机化：整合meQTL、eQTL与GWAS信号。
两步法与多变量孟德尔随机化中介分析：分析甲基化→表达→性状的中介效应，计算中介比例，并区分直接与中介通路。
甲基化遗传评分（MGS）构建：基于基因型预测甲基化水平，进行EWAS分析，评估MGS预测性能。
功能验证：利用CRISPR-dCas9-TET1系统在永生化猪骨骼肌卫星细胞中对优先筛选的SOCS3相关CpG块进行靶向去甲基化，通过Western blot、CCK-8、流式细胞周期分析评估功能效应。
结果图形
（1）基因型对猪骨骼肌DNA甲基化的影响
图1. 猪骨骼肌DNA甲基化变异的遗传结构与调控图谱。
b. 基于真阳性（TP）、假阳性（FP）和假阴性（FN）变异数量，评价不同过滤策略下的SNP calling表现。
c. 在CpG位点（左）和CpG区块（右）水平上，不同染色质状态下DNA甲基化水平的密度分布。
d. 单CpG分辨率（site meQTL）与区域分辨率（block meQTL）下meQTL定位的示意图。
e. 全部CpG位点/区块、未检出meQTL的CpG位点/区块，以及检出meQTL的CpG位点/区块的甲基化水平顺式遗传力。
f. 独立meQTL的mCpG和mBlock的顺式遗传力分布。
g-h. 位点水平（g）与区块水平（h）meQTL的等位基因频率与绝对效应大小之间的关系。
i. 显著影响染色质可及性的meQTL在不同细胞类型中的分布。
j. CpG位点和CpG区块meQTL变异中预测到的等位基因特异性motif亲和性改变频率。
k. 预测等位基因特异性改变事件数量TOP10 motif模型的气泡图。
l. meQTL在染色质状态（左）和基因组注释（右）中的富集分析。
（2）猪骨骼肌表达数量性状甲基化（eQTM）分析
图2：eQTM的特征与分布
a. eQTM分析的样本及分析流程。b. 在蛋白编码基因（PCGs）和lncRNAs中鉴定的顺式eQTM（CpG位点和CpG块）相关基因的数量及比例。
c-d. CpG位点和CpG块的甲基化水平与其绝对效应量之间的关系。
e-f. CpG位点/CpG块与其靶基因转录起始位点之间的距离及效应量。
g-h. CpG位点/CpG块与其靶基因转录起始位点之间的距离及P值。
i. 具有位点eQTM的基因、位点eQTM、具有块eQTM的基因及块eQTM的染色体分布。
j. eQTM在不同基因组区域中的分布特征。
（3）整合meQTL与eQTL数据鉴定遗传支持的调控关系
图3：将DNA甲基化变异与基因表达相关的遗传与表观遗传证据。
a-b. 甲基化区块（a）和CpG位点（b）水平的孟德尔随机化（SMR）和HyPrColoc鉴定的显著甲基化区间-基因对之间的重叠UpSet图。c. 启动子区域的近端DNAm-基因调控候选模型，并给出代表性共定位证据支持。
d. 代表性启动子相关位点的meQTL和eQTL信号LocusZoom图。
e. 增强子相关的DNAm-基因关系候选模型，并给出共定位证据支持。
f. 代表性增强子相关位点的meQTL和eQTL信号LocusZoom图。
g. 调控区域DNAm变异与下游基因表达之间潜在的间接调控候选模型。
h. 位于同一拓扑关联域（TAD）内的远端CpG-基因对候选模型，为潜在调控互作提供空间环境。
i. 代表性TAD相关位点的meQTL和eQTL信号LocusZoom图。
j. 基于Hi-C注释、由染色质环连接的远端CpG-基因对候选模型。
k. 代表性环相关位点的meQTL和eQTL信号LocusZoom图。
l. 缺乏可检测TAD或loop支持的远端CpG-基因对候选模型，突出潜在调控环境的多样性。
（4）整合meQTL与GWAS数据鉴定遗传支持的调控关系
图4：DNA甲基化变异与复杂性状变异相关的整合遗传与表观遗传证据
b. 基因型预测甲基化水平与复杂性状之间全基因组范围的SMR关联信号曼哈顿图。
c. 基于基因型预测甲基化水平对与LMA、LMDEP和BFT相关的代表性CpG块的全基因组关联分析（基于甲基化预测的EWAS）。
d. 代表性位点的meQTL和GWAS信号LocusZoom图。
e. 在选定参数组合下，各性状基于甲基化的遗传评分（MGS）表现最佳的预测性能。
f. 性状相关CpG块与非性状相关CpG块之间MGS预测性能比较。
（5）多性状共定位与中介分析揭示多组学调控，整合分析改进靶基因优先筛选
图5：甲基化-基因-性状调控级联的调控优先筛选排序与功能验证。
c-d. CpG位点（左）和CpG区块（右）分析中中介比例（PM）分布。
e. meQTL、eQTL和GWAS的LocusZoom图。
f. 对候选甲基化-基因-性状调控级联进行优先筛选排序的遗传、表观遗传和功能证据整合流程图。
g. 优先筛选排序的生长相关甲基化-基因-性状级联及其相关KEGG通路桑基图。
h. 12号染色体区域的多组学整合分析。
i. 阴性对照（NC）组和Mix组中SOCS3蛋白丰度western blot。
j. NC组和Mix组的细胞活力检测。
k. NC组和Mix组的细胞周期分布（G1、S和G2/M期）流式细胞术。
结论和启示
本研究通过整合全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）、基因型、转录组及多组学分析，系统绘制了猪骨骼肌DNA甲基化的遗传调控图谱。研究结果表明，DNA甲基化变异广泛受顺式遗传效应影响，CpG位点和CpG块均能捕获连接遗传变异与复杂性状的可遗传调控信息。通过结合meQTL定位、共定位、孟德尔随机化、EWAS和染色质互作数据，研究优先筛选连接DNA甲基化、基因表达与表型变异的受遗传支持的调控关系。
参考文献：
Wang Y, Chen Z, Fan M, Liu C, Gu J, Yu P, Jin W, Zhang Z, Xie S, Yang T, Jiang J, Zhang Z, Wang Z, ZHang Z, Fang L, Pan Y, Wang Q. Integrative genomics decoding DNA methylation-mediated genetic control of complex traits in pigs. J Adv Res. 2026 Oct 2.doi: 10.1016/j.jare.2026.10.001.
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