表观基因组学在猪遗传育种中的研究进展

生猪产业是我国畜牧业的支柱产业,我国的生猪养殖和猪肉消费量均占全球50%以上,但种猪性能与国外差距较大。因此,培育拥有自主知识产权、性状优良的种猪是保障我国生猪养殖业可持续健康发展的关键,而揭示重要经济性状的遗传机制是猪遗传改良的基础。表观基因组学是在核苷酸序列不发生改变的情况下,研究基因组上的化学修饰和空间结构变化影响基因表达调控和功能的一门学科,近年来在猪遗传育种领域逐步得到广泛应用。表观基因组学在解释分子功能机制、挖掘功能靶点、探究进化过程方面有着突出优势,为研究猪复杂性状和环境适应的生物分子调控机制提供新思路。本文分析和总结了表观基因组学在猪遗传育种领域的研究现状和发展趋势,为阐明猪重要经济性状形成机制提供参考。

人类表观基因组计划

DNA甲基化所致基因表观遗传学转录失活已经成为肿瘤表观基因组学研究的重点内容。基因组水平上研究DNA甲基化模式对于肿瘤疾病的诊断、治疗和预后判断具有重要的实用价值。为此 ,人类表观基因组协会(HEC)于 2 0 0 3年宣布正式启动为期五年的人类表观基因组计划 (HEP)。HEP的实施标志着人类表观基因组学研究又跨上了一个新台阶。

肝内胆管癌病理机制表观基因组学研究进展

肝内胆管癌(ICC)是一类高侵袭性的恶性肿瘤,分子机制不明确。其治疗术后易复发且化疗不理想,目前尚无可供特异性早期诊断的生物标记物。近年来研究发现特异性的基因突变如KRAS、EGFR、IDH1和IDH2等,基因甲基化和miRNA等表观遗传学改变,IL-6/STAT,酪氨酸激酶受体相关的信号通路异常激活等参与ICC的发病和转移,其中许多关键基因成为分子靶向药物治疗靶点。我们就其病理机制表观基因组学研究进展作一综述,旨在为促进发现新的诊断和治疗ICC的生物标记物,实施联合分子靶向治疗的策略提供思路。

基于表观基因组学的DNA元件鉴定方法研究进展

在人类基因组测序已经完成的"后基因组"时代,对基因组序列的功能注释,尤其是各种DNA调控元件的鉴定,已成为进一步理解人类基因组复杂机制的瓶颈问题.最近,针对染色质状态图谱的大规模研究工作,揭示了各类DNA元件特征性的染色质修饰标记.这些研究结果推动了一系列基于有监督和无监督学习的DNA元件预测方法的产生,其中一些方法已经成功应用于多个基因组的DNA元件预测,并且已成为未知基因组的常规注释工具.这些预测方法因其算法特点和预测策略不同而适用于不同类型的DNA元件预测任务.大多数情况下,使用者需要联合使用多个预测方法来达到预测敏感性和特异性的平衡.尽管各类算法在DNA元件预测中都有一些成功的应用,但每一类算法都有其特有的弊端,需要使用者认真避免.本文回顾了前期和当下DNA元件预测方法的主要类型,全面分析了各类方法的优缺点,指出了下一步可以改进的方向.本综述中的分析和观点有助于读者深入理解DNA元件预测算法的主要原则,进而在相关研究中更好地应用这些方法.

利用微阵列比较基因组杂交技术检测多发性骨髓瘤的遗传学异常

目的:利用微阵列比较基因组杂交技术分析初诊多发性骨髓瘤(MM)患者的遗传学异常,探讨其在MM遗传学异常检测中的应用价值。方法:对20例初发MM患者,利用CytoScan 750K芯片对其骨髓细胞进行全基因组拷贝数变异分析;另外通过骨髓细胞染色体核型分析及利用多个荧光探针(D13S319、RB1、p53、1q21、IgH、IgH/CCND1、IgH/FGFR3、IgH/MAF、IgH/MAFB)FISH检测骨髓细胞的染色体异常。结果:20例MM患者中,染色体核型异常者3例(15%);FISH检测染色体异常13例(65%),而芯片检出18例(90%)患者具有染色体拷贝数异常(CNV),包括拷贝数增加(106个)、拷贝数缺失(156个)以及单亲二倍体(23个),除了5号、9号、18号、21号以及Y染色体未发现CNV外,其余染色体上均包含不同数量的拷贝数增加和/或缺失。FISH和芯片检测比较显示,13号染色体缺失(D13S319、RB1)发生率分别为35%(7/20)和40%(8/20);1q21扩增分别为40%(8/20)和50%(10/20);P53缺失均为15%(3/20);FISH检出IgH重排阳性8例,芯片检出4例11q13(CCND1基因)扩增,3例16q23(MAF基因)扩增,1例4p16(FGFR3基因)扩增,2例20q12(MAFB基因)扩增。另外,芯片还可以发现了新的如7号、8号、12号、X等染色体异常。结论:半数以上MM患者都存在染色体改变,而且大部分均为复杂异常,利用微阵列芯片可以提高染色体异常的检出率,为MM预后判断提供更多的分子遗传学信息。

全基因组CpG岛甲基化——中药复方干预骨髓增生异常综合征基因甲基化的崭新研究途径

骨髓增生异常综合征属血液系统恶性肿瘤,目前该病发病机制的尚未明确。基因甲基化是骨髓增生异常综合征最受认可的发病机制。全基因组CpG岛甲基化是研究MDS基因甲基化的新方法,通过比对中药干预前后全基因组甲基化位点的改变,可能找到中药治疗骨髓增生异常综合征的有效靶点。

203例B超异常胎儿的染色体核型及微阵列比较基因组杂交技术检测结果分析

目的:探讨传统染色体核型分析联合微阵列比较基因组杂交技术(array-CGH)在孕中期B超异常的胎儿产前诊断中的应用价值。方法:选取2018年7月2日至2019年4月16日在广西玉林市妇幼保健院就诊的孕中期B超提示异常的孕妇203例,采集羊水标本,进行传统G显带染色体核型分析,并同时采用array-CGH技术对羊水DNA的全基因组拷贝数变异(CNV)进行检测。比较G显带染色体核型分析和array-CGH检测结果。结果:染色体核型分析技术共检出21例异常核型(包括结构异常及数目异常),染色体异常检出率为10. 34%;array-CGH技术共检出43例异常核型(其中14例为α地中海贫血),染色体异常检出率为21. 18%,但另有3例异常核型array-CGH漏检为正常。不同B超异常项目数的孕妇的胎儿array-CGH染色体异常检出率比较,差异有统计学意义(P<0. 001)。结论:array-CGH技术可作为产前超声异常胎儿遗传学检测的首选诊断方法,但联合传统染色体核型分析可进一步提高染色体异常检出率与准确率。

表观遗传因子在不同基因组区域的分布模式研究

应用人类CD4阳性T细胞表观遗传因子高通量定位、DNA甲基化修饰和基因表达谱数据,对基因启动子、外显子和内含子区域间的表观遗传因子分布模式进行了分析;同时,研究了不同基因组区域基因表达状态与表观遗传因子分布模式的内在关系,并应用功能富集分析阐释了表观遗传因子协同调控模式与基因功能的相关性.结果表明:DNA甲基化等表观遗传因子的分布模式在启动子、外显子和内含子区域间存在显著差异,并且表观遗传因子分布模式与基因表达状态密切相关.DNA甲基化与其他表观遗传因子间存在组合调控,拥有特定调控模式的相关基因与人类CD4阳性T细胞所行使的免疫系统过程、免疫应答、白细胞活性和淋巴细胞活性等生物学功能显著相关.

全基因组拷贝数变异测序检测胎儿生长受限染色体异常的诊断价值

目的探讨低深度全基因组拷贝数变异测序(copy number variation sequencing,CNV-Seq)与核型分析技术在检测产前孕中晚期胎儿生长受限(fetal growth restriction,FGR)染色体异常中的临床诊断价值。方法对2018年4月至2020年10月因FGR行侵入性产前诊断分析的138例胎儿同时进行G显带核型分析和全基因组CNV-Seq检测,结合短串联重复序列(STR)检测鉴别母体污染。结果138例FGR病例中,采用G显带核型分析检出>10 Mb染色体异常12例(8.7%,12/138),采用CNV-Seq检出9例(6.5%,12/138)>10 Mb染色体异常,2例平衡易位和1例低比例嵌合体。G显带核型分析检出<10 Mb染色体异常1例,CNV-Seq额外检出<10 Mb染色体CNVs 11例(8.0%,11/138),其中8例为致病性CNVs(包括2例Williams-Beuren综合征、2例16p微缺失/微重复综合征、1例为Miller-Dieker综合征、1例Wolf-Hirschhorn综合征、1例3q29缺失综合征和1例父源单亲二倍体),3例为临床意义不明拷贝数变异(variants of uncertain significance,VOUS)。结论与传统G显带核型分析相比较,CNV-Seq除可有效检出产前FGR中>10 Mb且涉及CNVs的染色体数目和结构异常外,还可额外检出核型正常FGR中<10 Mb的染色体CNV,可更系统全面地揭示产前FGR的遗传学病因,科学指导FGR胎儿妊娠选择。

基因组表观重编程对体细胞核移植成功率的影响

基因组表观重编程缺陷是影响体细胞核移植效率的主要因素,本文讨论了表观重编程的两大主要机制——DNA甲基化及组蛋白修饰及其对体细胞核移植重构胚胎发育的影响,并综述了几种促进核重编程的方法。

基因组和DNA甲基化组联合分析筛选猪肉质性状关键基因

【背景】猪的肉质性状是重要的经济性状。研究影响各类肉质性状的分子机制,发掘关键基因,从而指导猪的遗传改良,对改善猪肉品质具有重要意义。当前肉质相关的机制研究主要是基于DNA的基因组研究,而对肉质性状的DNA甲基化研究以及结合基因组和甲基化组的综合分析却鲜有报道。【目的】通过基因组和DNA甲基化组联合分析,筛选、鉴定了影响猪肉质的潜在关键基因。为猪肉品质的遗传改良研究提供借鉴。【方法】检测了140头大白猪背最长肌的28个肉质性状,通过表观基因组关联分析(EWAS)与全基因组关联分析(GWAS)筛选了各性状显著关联的CpG和SNP位点。随后以SNP为协变量对GWAS和EWAS重叠的显著关联位点进行条件关联分析,进一步筛选具有独立效应的CpG位点。然后以CpG位点的甲基化水平为因变量,以SNP为自变量进行关联分析从而鉴定甲基化数量性状位点(meQTL)。最后使用顺式甲基化数量性状位点(cis-meQTL)作为工具变量进行孟德尔随机化分析,从而推断cis-meQTL与表型之间的因果关系,同时对位点进行注释,鉴定潜在的关键基因。【结果】(1)在屠宰45 min黄度值(b_(45min))、滴水损失(DL)、二十二碳六烯酸(C22:6n-3)3个肉质性状上,EWAS和GWAS在相同基因组区域鉴定到显著关联位点。(2)b_(45min)的7个CpG位点在条件关联分析后仍保持显著,DL有1个CpG位点在条件关联分析后仍保持显著,而C22:6n-3的3个位点在使用SNP作为协变量分析后不再显著,表明EWAS鉴定的b_(45min)的7个CpG位点和DL的1个CpG位点的显著关联不受附近的显著SNP影响。(3)b_(45min)的7个CpG位点和DL的1个CpG位点共鉴定了10个meQTL,但绝大多数是trans-meQTL,只有一个CpG位点(SSC12:44254675 bp)鉴定到一个cis-meQTL,表明该位点可能受到近距离SNP调控。(4)孟德尔随机化分析显示该CpG位点(SSC12:44254675 bp)与b_(45min)表型存在一定的因果关联。(5)对该位点注释发现,距离CpG位点(SSC12:44254675 bp)和其cis-meQTL最近的基因是NOS2,且CpG位点位于NOS2基因内。【结论】综合DNA甲基化组合基因组数据联合分析结果,可以推测NOS2基因是肉色性状关键候选基因,其DNA甲基化、SNP共同作用调控基因表达,进而影响肉色性状相关基因表达。

表观遗传学与人类基因组

人类基因组测序计划完成后，科学家们利用已知的人类基因组序列开始了新一轮的生物学研究热潮，其中的研究热点之一就是揭示调节基因表达的根本原因。同时，随着对实验动物特别是克隆动物生物学性状的了解以及人们对众多疾病的深入研究，科学家发现．除了基因组DNA外．还有基因组之外的大量遗传学信息调控着基因的表达，

结合DNA甲基组和基因组数据鉴定甲基化数量性状位点

本研究对140个大白猪的DNA甲基化组和基因组数据进行了深入分析,成功鉴定了甲基化数量性状位点(meQTL),并估计了显著CpG位点的甲基化遗传力。研究通过构建模型,将单核苷酸多态性(SNP)作为自变量,以表观基因组关联分析(EWAS)识别的显著CpG位点甲基化水平作为因变量,进行了全基因组关联分析。分析结果显示,在EWAS鉴定出的3107个显著CpG位点中,有235个meQTL与52个CpG位点相关。其中,仅有1个为顺式meQTL(cis-meQTL),其余均为反式meQTL(trans-meQTL)。对这52个CpG位点进行遗传力估计后发现,它们的平均遗传力约为0.15,大约65%的CpG位点遗传力低于0.1,这表明大多数CpG位点的甲基化遗传力相对较低。此项研究的发现有助于更深入地理解SNP如何影响CpG位点的甲基化,并为进一步探索基因组中SNP与CpG位点甲基化之间的关系提供了重要的数据支持。

微阵列-比较基因组杂交技术检测染色体异常

近年微阵列-比较基因组杂交(microarray comparative genomic hybridization,microarray-CGH)技术被应用到临床细胞遗传学领域。该技术是选择DNA特殊片段作为靶,固化在载体上,形成密集、有序的分子微阵列。然后,从测试标本中提取DNA,将测试DNA和参考DNA用不同的荧光色素标记,杂交到微阵列上,通过检测这两种荧光色素的比率,了解待测标本基因拷贝数的变化。其能够检测染色体亚微结构异常。微阵列技术已成为一个重要的工具,用于产前、产后和植入前诊断染色体亚微结构异常。

染色体核型异常患者全基因组芯片扫描结果分析

目的分析全基因组芯片扫描结果 ,明确全基因组芯片技术在染色体异常诊断中的临床价值。方法对本院2012年3月-2014年5月收治的5例染色体核型异常患者反复进行核型分析及全基因组芯片扫描,并分析全基因组芯片扫描结果。结果染色体嵌合2例,分别为46,XY/45,X,del（Y）;46,XX/47,XX,del（Y）（p11）。染色体倒位1例：46,XX,inv（9）（p11q13）。平衡易位1例：46,XX,t（4;7）（q24p25）。染色体微缺失1例：46,XX,der（22）（p11q34）。2例染色体嵌合患者提示Y染色体缺失,1例为AZFc、d区的s Y152、s Y157、s Y253、s Y255位点缺失,1例为AZFb、c、d区的s Y126、s Y152、s Y157、s Y253、s Y255位点缺失。1例染色体倒位显示为阴性。1例平衡易位提示多片段缺失。1例染色体微缺失提示为8号染色体插入合并22号染色体缺失。结论全基因组芯片分析技术分辨率高,可用于多种疾病的临床诊断,具有重要的临床价值。

营养与表观遗传学基因组印记关系的研究进展

表观遗传修饰中印记基因的异常不仅影响胚胎发育,还可诱发出生后的发育异常。早期营养可能改变基因印记的调节,而饮食是影响健康的重要因素,且与肿瘤关系密切。本文概括表观遗传学基因组印记和其在肿瘤发生中的作用机制及研究情况,详述食物营养与表观遗传学基因组印记的关系及研究技术,并对其未来的研究方向进行预测。

肿瘤表观基因组学、生物芯片和生物信息学

肿瘤的分子生物学研究一直是生命科学和医学研究的热点,随着科学技术的发展,高通量的分析方法在分子生物学研究中的广泛应用,使其成为肿瘤研究的一种高效手段,同时表观基因组学和生物信息学也促进了肿瘤学的发展,本文就表观基因组学、生物芯片和生物信息学方法在肿瘤研究中的应用进行综述,并对未来的发展和展望进行了讨论。

比较基因组杂交技术检测肝细胞癌染色体异常及其临床意义

目的探讨肝细胞癌染色体异常及其临床意义。方法运用比较基因组杂交技术检测25例肝细胞癌染色体DNA异常情况,并与临床指标作相关分析。结果 25例肝癌均存在不同程度的染色体DNA拷贝数的扩增或缺失,较为常见的染色体DNA异常是+1q(72%)、+1p(64%)、+2q(48%)、+2p(48%)、+5q(48%)、+Xq(48%)、+7q(44%)、-4q(48%)、-16p(48%)、-8p(40%)、-17p(36%);相关分析显示+17p、+18p、-8p、-13q、-11q、-8q染色体异常事件与临床指标部分相关。结论肝细胞癌存在明显的染色体异常,部分染色体异常事件是非随机性的,可能与肝癌的发生、发展有关,并与肿瘤的生物学行为和预后相关。