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华南农业大学吴珍芳团队揭示细胞互作是种猪基因组印记形成的重要原因
肉类食品网 http://www.meat360.cn 2025/6/5 9:04:41 关注：435 评论： 我要投稿
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6月2日，华南农业大学动物科学学院国家生猪种业工程技术研究中心主任/温氏食品集团首席科学家吴珍芳教授团队在国际知名学术刊物Nature Communications在线发表了题为“Cell-cell communication -mediated cell-type-specific parent-of-origin effects in mammals”的重要研究成果。该研究通过构建高分辨率猪胎盘单细胞图谱，揭示了基因组印记基因在细胞类型和发育阶段的动态调控规律，鉴定出118个高置信度的印记基因，其中97个为哺乳动物中首次发现，并发现超过75%的印记基因呈现出细胞类型特异性或发育阶段特异性，揭示了细胞间通讯是驱动这种细胞类型特异性印记形成的关键分子机制。本研究不仅发现了猪中大量新的印记基因，更通过跨物种比较揭示了细胞微环境对印记基因形成的核心作用，为理解胎盘发育进化及复杂性状的形成提供了新的视角。
基因组印记（Genomic Imprinting）是一种表观遗传现象，指某些基因的表达取决于其亲本来源（父源或母源拷贝中只有一方表达）。它打破了二倍体哺乳动物双等位基因的均等表达，如同给基因贴上了“父母标签”，是影响哺乳动物胚胎发育、胎盘功能及复杂性状形成（如猪的产肉量）的重要因素。印记基因的表达具有高度的物种特异性、时空特异性和组织特异性。尽管在人类和小鼠中已分别发现230个、260个印记基因，但其中仅有约60-70个在物种间保守。在猪这一重要的农业动物和生物医学模型中，已证实的印记基因数量不足100个，存在大量空白。尤为关键的是，人类研究表明超过半数印记基因仅在胎盘中呈现印记状态，但亲源效应介导的基因表达在何时、何地、通过何种形式实现特异性调控的普适性分子机制尚不清晰。深入解析猪的基因组印记，尤其是其细胞类型特异性的形成机制，对于填补知识空白、理解哺乳动物印记的普遍规律以及推动猪分子育种均具有重要意义。
本研究利用瘦肉型猪（杜洛克）与培育品种（鲁莱猪）的基因资源，以其正反交杂交F?代个体的胎盘组织为研究对象，通过整合单细胞核转录组测序、基因组重测序以及跨物种分析等前沿技术，在单细胞分辨率下深入地探究了猪胎盘发育过程中基因组印记的动态变化及其调控机制。主要研究结果包括：
（1）构建了猪胎盘细胞类型特异性基因组印记图谱，破除猪IGF2R印记状态的争议基于超过12万个单细胞的转录组数据以及免疫荧光等实验技术，研究团队构建了猪胎盘单细胞图谱（porcine placental cell atlas, PPCA），鉴定到5种大类细胞和14种滋养层细胞亚型。在课题组前期基于组织水平研究基础上（Nature Communications, 2024, 15(1):5587），整合单细胞转录组与亲本猪只基因组重测序数据，共鉴定到118个候选印记基因，其中97个为哺乳动物中首次报道。值得注意的是，基于不同时期的单细胞核转录组数据，本研究发现只有少数印记基因的印记状态在不同细胞类型或发育阶段保持不变，而绝大部分（约75%）呈现出细胞类型特异性或发育阶段特异性。其中，IGF2R仅在猪胎盘的血管内皮细胞、成纤维细胞和血管平滑肌细胞等少数几个细胞类型中表现为母源等位基因特异性表达，而在其他细胞类型中均为双等位基因表达。这解释了多项基于组织水平的研究在IGF2R印记状态上存在不一致甚至相互矛盾。究其原因，组织水平的研究包含了多种细胞类型，这种混杂导致难以准确识别，甚至可能误判特定基因的等位基因特异性表达信息。
（2）发现了AMPH和DPPA5是影响猪胎盘滋养层细胞生长发育的关键印记基因通过拟时序分析推断妊娠期第40天和70天猪胎盘滋养层细胞的分化轨迹，发现滋养层祖细胞在两个时期的分化命运存在显著差异，且基因表达量变化最显著的为新鉴定的AMPH和DPPA5印记基因。通过RT-PCR 及桑格测序实验明确了这两个基因在妊娠期第40天为双等位基因表达，而在第70天为父源等位基因特异性表达。进一步研究发现，DNA 去甲基化的胞苷脱氨酶 （AICDA）与滋养层祖细胞AMPH 和DPPA5的表达水平密切相关。研究结果提示AICDA 可能通过 DNA 去甲基化作用改变AMPH和DPPA5的印记状态及表达水平，从而调控猪胎盘滋养层的生长发育。
（3）揭示了细胞互作可能是介导细胞类型特异性基因组印记形成的重要因素配体-受体信号通路介导的细胞互作在细胞类型对内外因素的适应性或选择压力的反应中起着至关重要的作用。通过配体-受体分析、免疫共沉淀（co-IP）实验以及开发细胞类型特异性基因共表达指数计算方法等技术，发现大部分印记基因倾向于在其发生印记的细胞类型中形成自分泌信号通路。有趣的是，通过跨物种分析，发现当自分泌信号通路在特定的细胞类型中形成或缺失时，其对应基因的印记状态也在特定细胞类型中发生改变。这不仅解释了IGF2R印记状态在猪、人类和小鼠胎盘细胞中的异同，也为阐明驱动亲源效应介导的基因表达的普适分子机制提供了新见解。
综上所述，本研究针对亲源效应导致的等位基因特异性表达这一核心科学问题，以猪正反杂交胎盘组织为对象，系统揭示了细胞类型特异性基因组印记的形成机制。在单细胞水平上精确构建了猪胎盘细胞类型特异性基因组印记图谱，破除了部分基因印记状态的长期争议，发掘出系列关键印记基因，并首次阐明细胞间通讯是驱动这种细胞类型特异性印记状态的关键分子机制。研究结果不仅加深了对基因组印记这一现象的认知，也为种猪选育与基因组选配提供了重要的参考依据。
动物科学学院吴家劲博士后、郑恩琴高级实验师和刘琅青副教授为本论文共同第一作者，吴珍芳教授、杨杰教授和蔡更元研究员为本研究的共同通讯作者。
相关论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60469-y来源：华南农业大学官网
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| 文章来源：华南农业大学官网 文章编辑：一米优讯 |
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