Det banebrydende CattleGTEx Atlas afslører regulerende mekanismer under komplekse træk
Forskere fra QGG har i samarbejde med andre projektforskere genereret et genotype-vævsekspressionsatlas for kvæg (CattleGTEx), baseret på analysen af 7.180 offentlige RNA-sekventeringsprøver. Forskningsresultatet er blevet udvalgt til forsiden af septemberudgaven af Nature Genetics.
Analysen af de mange prøver afslørede genetiske varianter, der regulerer transkriptomet på tværs af 23 distinkte kvægvæv. Integrering af disse data med GWAS øger forståelsen af de grundlæggende molekylære mekanismer, der understøtter komplekse egenskaber hos kvæg.
Det første studie af sin art
I de sidste to årtier har helgenoms-associationsstudier (GWAS) identificeret hundredtusindvis af genomiske varianter forbundet med komplekse egenskaber hos husdyr, hvoraf mange er af økonomisk betydning. De molekylære mekanismer, hvorved sådanne varianter påvirker komplekse egenskaber, forbliver stort set ukendte, for en stor dels vedkommende fordi langt de fleste varianter er ikke-kodende, hvilket formentlig påvirker gen-ekspressionen.
Derfor er en systematisk kortlægning af det regulatoriske landskab af husdyrs transkriptom afgørende for fortolkning af de molekylære mekanismer, der ligger til grund for komplekse træk. En sådan undersøgelse vil tilvejebringe indsigt i adaptiv evolution og domesticering samt optimering af genetiske forbedringsprogrammer i husdyr. Ingen tidligere undersøgelser er kendt for systematisk at have identificeret og karakteriseret de regulatoriske varianter af transkriptomet på tværs af en bred vifte af væv i nogen husdyrarter, da det ville være for dyrt og tidskrævende.
Opbygning af en omfattende og billig offentlig ressource inden for forskningsområdet
Med et væld af offentligt tilgængelige RNA-sekventeringsdata (RNA-seq) i husdyr og inspireret af GTEx-projektet i mennesker, satte forskerne sig for at udvikle landbrugsdyrs genotype-vævsekspressionsprojekt (FarmGTEx) med det formål at opbygge en omfattende offentlig ressource til brug for studier i den genetiske regulering af transkriptomet og andre molekylære fænotyper på tværs af væv i husdyr.
Ved at integrere denne omfattende analyse med opsummerende GWAS statistik, tilvejebragte forskerne direkte evidens for dens relevans i forhold til at dissekere den genetiske arkitektur, der ligger til grund for 43 komplekse træk hos kvæg, ved at påvise kandidatvarianter og gener.
Kort fortalt tilvejebringer forskningsresultatet et omfattende katalog over genetiske, regulatoriske varianter hos kvæg. Selvom det er beregnings- og arbejdskrævende viser forskerne, at ved at kombinere offentlige RNA-sekventeringsdata er det muligt at udvikle en in silico CattleGTEx-ressource inden for et meget kort tidsrum og til en lille brøkdel af omkostningerne ved en de novo generering af nye data for mange vævsprøver med tilstrækkelige prøvestørrelser.
Yderligere forbedringer er inden for rækkevidde
En af hovedkræfterne bag studiet, QGG forsker Lingzhao Fang, uddyber de fremtidige muligheder for atlasset:
'-Vores arbejde repræsenterer en trinvis ændring, ikke kun i forståelsen af det regulatoriske landskab for kvæg, men også i det nuværende økosystem af dyre- og plantegenomik. Selvom vi har givet et omfattende overblik over den genetiske regulering af transkriptomer i kvæg, er vi opmærksomme på, at denne ressource kan forbedres yderligere med hensyn til prøvestørrelse, væv/celletyper og biologiske sammenhænge. I FarmGTEx-konsortiet arbejder vi også på andre landbrugsarter, herunder grise, kyllinger, geder, får og ænder. Vi håber, at flere kolleger verden over kan deltage i FarmGTEx-projektet, så vi kan udvikle denne værdifulde ressource sammen. Jeg tror på, at den videre udvikling af FarmGTEx vil bidrage væsentligt til grundlæggende biologiske opdagelser, dyreavlsindustrien og human biomedicin.'
Seniorredaktør ved Nature Genetics, Michael Fletcher, udtaler:
'-Denne undersøgelse er et imponerende eksempel på, hvordan kompilering af en bred vifte af offentliggjorte data, efterfulgt af ensartet bearbejdning og integrativ analyse, kan udgøre en værdifuld ressource for kvæggenomikken og avlssamfundene og vil forhåbentlig føre til forbedringer i agronomiske egenskaber for dette vigtige og bredt opdrættede husdyr.'
CattleGTEx-atlasset vil være en værdifuld ressource for kvæggenomisk prædiktion og redigering, for tilpasning, og desuden for veterinærmedicin og kortlægningsundersøgelser på tværs af arter.
---
Denne nyhedsartikel er baseret på et resumé af den videnskabelige artikel, skrevet af forsker ved QGG Lingzhao Fang.
Additional information | |
We strive to ensure that all our articles live up to the Danish universities' principles for good research communication (scroll down to find the English version on the web-site). Because of this the article will be supplemented with the following information: | |
undersøgelsestype | Data mining; Transcriptomics |
Bevilling | This work was supported in part by Agriculture and Food Research Initiative (AFRI) grant numbers 2016-67015-24886, 2019-67015-29321 and 2021-67015-33409 from the United States Department of Agriculture (USDA) National Institute of Food and Agriculture (NIFA) Animal Genome and Reproduction Programs, and US–Israel Binational Agricultural Research and Development (BARD) grant number US-4997-17 from the BARD Fund. L.F. was partially funded through Health Data Research UK (HDRUK) award HDR-9004 and the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No. 801215. A.T. acknowledged funding from the Biotechnology and Biological Sciences Research Council through program grants BBS/E/D/10002070 and BBS/E/D/30002275, Medical Research Council research grant MR/P015514/1 and HDRUK award HDR-9004. O.C.-X. was supported by MR/R025851/1. R.X. was supported by Australian Research Council’s Discovery Projects (DP200100499). Y. Yu. was supported by the National Science Foundation of China-Pakistan Science Foundation Joint Project (31961143009) and National Key R&D Program of China (2021YFD1200900 and 2021YFD1200903). L.M. was supported in part by AFRI grant numbers 2020-67015-31398 and 2021-67015-33409 from the NIFA. G.E.L., B.D.R. and C.P.V.T. were supported by appropriated project 8042-31000-001-00-D, ‘Enhancing Genetic Merit of Ruminants Through Improved Genome Assembly, Annotation, and Selection’ of the Agricultural Research Service (ARS) of the USDA. C.-J.L. was supported by appropriated project 8042-31310-078-00-D, ‘Improving Feed Efficiency and Environmental Sustainability of Dairy Cattle through Genomics and Novel Technologies’ of ARS-USDA. J.B.C. was supported by appropriated project 8042-31000-002-00-D, ‘Improving Dairy Animals by Increasing Accuracy of Genomic Prediction, Evaluating New Traits, and Redefining Selection Goals’ of ARS-USDA. This research used resources provided by the SCINet project of the ARS-USDA project number 0500-00093-001-00-D. Mention of trade names or commercial products in this article is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the USDA. The USDA is an equal opportunity provider and employer. All the funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish or preparation of the manuscript. We thank US dairy producers for providing phenotypic, genomic and pedigree data through the Council on Dairy Cattle Breeding under ARS-USDA Material Transfer Research Agreement 58-8042-8-007. Access to 1000 Bull Genomes Project data was provided under ARS-USDA Data Transfer Agreement 15443. International genetic evaluations were calculated by the International Bull Evaluation Service (Interbull; Uppsala, Sweden). |
Samarbejdspartnere
| Animal Genomics and Improvement Laboratory, Henry A. Wallace Beltsville Agricultural Research Center, Agricultural Research Service, USDA, Beltsville, MD, USA: Shuli Liu, Yahui Gao, Congjun Li, Benjamin D. Rosen, Curtis P. Van Tassell, Paul M. Vanraden, John B. Cole, George E. Liu & Lingzhao Fang National Engineering Laboratory of Animal Breeding, College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing, China: Shuli Liu, Ying Yu, Ze Yan & Shengli Zhang School of Life Sciences, Westlake University, Hangzhou, China: Shuli Liu Department of Animal and Avian Sciences, University of Maryland, College Park, MD, USA: Yahui Gao & Li Ma MRC Human Genetics Unit at the Institute of Genetics and Cancer, The University of Edinburgh, Edinburgh, UK: Oriol Canela-Xandri, Erola Pairo-Castineira, Kenton D’Mellow, Yuelin Yao, Pau Navarro, Albert Tenesa & Lingzhao Fang State Key Laboratory of Genetic Resources and Evolution, Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Kunming, China: Sheng Wang Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing, China: Wentao Cai Scotland’s Rural College (SRUC), Roslin Institute Building, Midlothian, UK: Bingjie Li Faculty of Veterinary & Agricultural Science, The University of Melbourne, Parkville, Victoria, Australia: Ruidong Xiang Agriculture Victoria, AgriBio, Centre for AgriBiosciences, Bundoora, Victoria, Australia: Ruidong Xiang & Amanda J. Chamberlain The Roslin Institute, Royal School of Veterinary Studies, The University of Edinburgh, Midlothian, UK: Erola Pairo-Castineira, Konrad Rawlik, Charley Xia & Albert Tenesa INRAE, AgroParisTech, GABI, Université Paris-Saclay, Jouy-en-Josas, France: Dominique Rocha Guangdong Provincial Key Laboratory of Waterfowl Healthy Breeding, College of Animal Science & Technology, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou, China: Xiujin Li |
Ekstern kommentering | n/a |
Interessekonflikter | The authors declare no competing interests. |
Læs mere | A multi-tissue atlas of regulatory variants in cattle Nature Genetics, Sept 2022 |
Kontakt
| Assistant professor (tenure track) Lingzhao Fang, Center for Quantitative Genetics and Genomics (QGG), Aarhus University. |