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华南农业大学吴珍芳教授团队揭示猪肌纤维类型分化及转化机制
肉类食品网 http://www.meat360.cn 2025/7/4 8:17:49 关注：56 评论： 我要投稿
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2025年7月1日，华南农业大学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》（中科院一区TOP期刊，影响因子15.7）在线发表了题为“Rewiring of 3D chromatin topology orchestrates transcriptional reprogramming in muscle fiber-type specification and transformation”的重要研究成果。猪的肌纤维类型组成与肉质风味、嫩度和系水力密切相关，该研究揭示了猪肌纤维类型分化及转化机制，旨在为猪肉质改良提供新的见解。
项目通过绘制氧化型比目鱼肌和酵解型趾长伸肌的顺式调控元件及染色质三维构象精细图谱，构建了与肌肉收缩和氧化代谢相关的特异增强子-启动子-转录因子调控网络，重点阐明了： 超级增强子通过直接结合启动子近端区域或介导染色质环远端互作，调控肌纤维类型分化方向；通过促进STARD7基因表达，降低细胞内活性氧水平及MAPK信号通路活性，驱动酵解型向氧化型肌纤维转化。该研究首次揭示了不同代谢类型猪骨骼肌的染色质空间构象及其介导的调控差异，通过整合表观基因组学与三维基因组学分析并结合分子实验，阐明了超级增强子调控肌纤维类型分化与转化的分子机制。这不仅为猪肉品质改良提供了新的育种靶点，也为利用功能位点突变技术定向调控肌纤维类型比例提供了理论基础。
表观遗传调控机制研究为肌肉品质改良提供了新视角。增强子等顺式调控元件的组蛋白修饰状态及其介导的染色质三维构象动态变化，是肌纤维分化与类型转化的潜在分子开关。本研究利用瘦肉型杜洛克猪的氧化型比目鱼肌（SOL）和酵解型趾长伸肌（EDL）为研究对象，通过联合染色质免疫共沉淀（ChIP-seq）及高通量染色质构象捕获测序（Hi-C）等多组学测序技术，系统解析了超级增强子（SE）介导染色质三维互作调控肌纤维类型定向分化及转化的功能及机制。
1.不同代谢类型骨骼肌特异的增强子-启动子互作对基因表达的调控及关键转录因子鉴定。基于多种组蛋白修饰信号在SOL和EDL组织中鉴定了大量新的增强子，并结合Hi-C数据探究组织特异性增强子-启动子（E-P）互作环的形成机制及其功能。研究发现：KLF（KLF3/5）转录因子家族驱动EDL肌肉特异E-P环形成，激活肌肉收缩通路的相关基因表达；而AP-1家族（FOS/ATF3）介导SOL肌肉特异E-P环形成，激活ATP代谢和氧化呼吸通路的相关基因表达，解释了增强子协同转录因子通过塑造特异的染色质互作网络，调控基因在不同代谢类型肌肉的组织选择性表达。
2.超级增强子通过与启动子近端直接互作或介导染色质环互作调控肌纤维类型分化方向。研究系统揭示了SE通过不同作用方式调控肌纤维类型分化的分子机制。在氧化型SOL中，超级增强子SE-MYH7通过近端结合方式招募FOS等转录因子，激活MYH7基因表达，促进慢肌纤维形成；在酵解型EDL中，SE-MYH1/4通过KLF5介导的染色质环与MYH1/MYH4启动子互作，空间距离更近，显著增强基因表达。跨物种比较发现，猪SE-MYH1/4与小鼠SE-fMyh具有序列和功能保守性，但存在物种特异性调控模式。这些发现不仅阐明了"近端结合"和"染色质环"两种SE作用模式在肌纤维分化中的关键作用，还揭示了调控网络的进化保守性与物种特异性。
（3）超级增强子介导染色质三维互作激活STARD7基因表达，促进快-慢肌纤维类型转化。研究揭示STARD7在氧化型肌肉中高表达，并在多个骨骼肌发育时期中其表达水平与慢肌标志基因MYH7呈正相关，与快肌标志基因MYH4呈负相关。在氧化型SOL中，超级增强子SE-STARD7介导染色质环结合STARD7启动子激活基因转录过程。通过细胞实验证实，STARD7会促进酵解型向氧化型肌纤维肌管转化；在小鼠活体实验中，干扰STARD7虽然增加了肌肉重量，但降低了肉色红度，同时提高了酵解型肌纤维比例。机制研究发现，STARD7通过降低细胞内活性氧ROS水平，抑制ERK/MAPK信号通路活性，从而促进快速酵解型向慢速氧化型肌纤维转化。
综上所述，该研究通过整合多组学分析，首次系统揭示了不同代谢类型骨骼肌的增强子-启动子三维互作差异，重点揭示了超级增强子通过协同转录因子，介导染色质环或近端互作激活MYH4等肌纤维类型决定基因的表达，进而调控肌纤维类型的定向分化方向；同时揭示STARD7通过降低活性氧水平和抑制ERK信号通路促进肌纤维向氧化型转化，其本身基因表达受超级增强子介导的染色质环调控。研究结果不仅有助于建立畜禽肉质改良新技术，也为人类肌肉代谢疾病治疗提供了借鉴。
华南农业大学动物科学学院吴珍芳教授、顾婷副教授、李紫聪教授为本文的共同通讯作者，华南农业大学博士毕业生谭宝华、洪林君副教授、博士研究生肖丽窈为共同第一作者。美国德克萨斯医学健康中心（UT Health Science Center at San Antonio,UTHSA)栾宇助理教授为课题的数据分析提供了专业指导。动物科学学院杨杰教授、罗文副教授、张泽宾副教授、杨化强副研究员和徐铮高级实验师等为项目研究提供了宝贵支持和协助。
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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