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eGWAS─轉錄體層面研究多樣本數群體

eGWAS (Expression/ Expression-based genome-wide association study)顧名思義是基於表現量的全基因體關聯分析,常用於基因表現量與遺傳突變、基因表現量與性狀以及遺傳突變與性狀的關聯分析。 SNP突變在生物體內普遍發生,很多複雜疾病、癌症、農藝性狀等都與SNP突變密切相關,但是大部分SNP並不會引起轉錄本 (transcript)的變化,那麼是哪些突變位點通過轉錄本表現,影響表現型性狀呢?這就需要在SNP與基因表現量之間建立起溝通的橋樑,其中一種方法就是eGWAS。

建議取樣策略:出現明顯性狀分離的群體
建議樣本數量:大於100個樣本 (樣本量越大,結果可信度越高)
eGWAS的主要應用:複雜疾病,如糖尿病,阿茲海默症等,多基因控制的農藝性狀,如豬肉肉質,植物株高差異等的研究。

豬肌肉脂肪酸代謝研究

研究背景
豬肉脂肪含量是由多基因控制的複雜農藝性狀。脂肪酸含量影響豬肉的營養和品質,而不飽和脂肪酸改善肉的口感和色澤,因此需要平衡豬肌肉內脂肪酸和不飽和脂肪酸的比例。研究表明,性別影響脂類相關基因的表現。

研究方法與結果

1. 篩選出45個與豬肉脂肪酸含量相關的基因,其中20個基因的表現受性別影響。

2. 對114頭豬肌肉定序其轉錄體,這些回交 (backcross)群體中包括65頭母豬,49頭公豬,得到40,586個SNPs位點。將SNPs與上述45個脂肪酸相關基因的表現量做eGWAS分析,得到cis-SNP、trans-SNP進行註釋。結合PigQTLDB數據庫中的QTL (Quantitative Trait Loci)信息,鑑定出定位於18個eQTL (expression Quantitative Trait Loci)區間的241個SNPs與11個脂肪酸相關基因關聯。

3. 分別鑑定出最顯著的3個cis-eQTL,16個trans-eQTL。單酸甘油酯脂肪酶基因 (Monoglyceride Lipase, MGLL)表現量關聯到兩個SNP (ASGA0093606,ASGA0103932),證實了MGLL的表現量至少受兩個因素影響。乙醯輔酶A合成酶中鏈家族基因5 (Acyl-CoA Synthetase Medium-Chain Family Member 5, ACSM5)關聯到3個完全連鎖不平衡 (linkage disequilibrium)的cis-SNP位點,並通過Sanger定序進行驗證,其中g26260422位點 (G to A)決定了表現型性狀。對位於trans eQTL上下1Mb的基因進行註釋及基因結構分析發現,過氧化物酶體增殖物活化受體α基因 (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor Alpha, PPARA)啟動子區域存在糖皮質激素受體 (Nuclear Receptor Subfamily 3, Group C, Member 1, NR3C1)的結合位點,同時,與NR3C1 共位置的eQTL反式調控PPARA。該結果說明,NR3C1 通過調控 PPARA 的表現,抑制脂肪合成,是調控脂肪酸代謝的主控基因。

20170414eGWAS


看到這裡,想必有鄉親忍不住要問:我只是想要篩選群體中的一兩個目標基因,eGWAS需要的樣本量太大,承受不起!沒有關係,NCBI等數據庫中的轉錄體數據,也是可以用來給自己的實驗做一點小貢獻的,他山之石,可以攻錯嘛!

第二型糖尿病脂肪組織研究

從NCBI,DGAP,NURSA資料庫中下載第二型型糖尿病人或小鼠脂肪等組織的轉錄體數據,共得到130組獨立實驗的1,175個樣本轉錄體數據 (自由群體,591個T2D,584個對照組)。利用eGWAS關聯分析,確定差異表現最顯著的基因 CD44 為候選基因。通過qRT-PCR驗證,及基因功能缺失實驗表明,CD44 是調控肥胖引起的脂肪組織發炎和胰島素阻抗的關鍵基因。

參考文獻
[1] Puig-Oliveras A, Revilla M, Castelló A, et al. Expression-based GWAS identifies variants, gene interactions and key regulators affecting intramuscular fatty acid content and composition in porcine meat[J]. Scientific Reports, 2016, 6:31803.
[2] Keiichi Kodama, Momoko Horikoshi, Kyoko Toda, et al. Expression-based genome-wide association study links the receptor CD44 in adipose tissue with type 2 diabetes[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109 (18):7049-54.
[3] Zou F, Chai H S, Younkin C S, et al. Brain Expression Genome-Wide Association Study (eGWAS) Identifies Human Disease-Associated Variants[J]. Plos Genetics, 2012, 8 (6):e1002707.

圖爾思生物科技/ 諾禾致源文案
http://www.toolsbiotech.com/
(配圖來源於網路)


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