“垃圾DNA”关乎奶牛产奶量和生育能力

 

澳大利亚科学家研究表明，非编码DNA，即控制其他基因如何作用的基因，对奶牛产奶量和生育能力等性状的遗传性负有69%的责任。相关研究近日发表于《细胞基因组学》。

新研究得出的这一结论比预期高出44%，也远高于先前人类调节基因研究得出的结果。该发现或有助提高农业育种计划的效率，并解决一个长期存在的谜团，即为什么哺乳动物基因组含有如此多的非编码DNA。

人体大部分基因组由不编码蛋白质的非编码DNA组成，它们被很多人认为是“垃圾DNA”，这些非编码区域的确切功能至今仍是一个谜。长期以来，科学家怀疑这些基因通过调节其他基因的使用方式，影响个体的生物特征或表型。然而，相关证据十分有限。最近的一项人类研究估计，只有11%的性状遗传可归因于调控基因。

“这就产生了一个被称为‘规则缺失’的悖论。”论文第一作者、墨尔本大学计算学家向瑞东（音译）说，“我们决定研究这个问题，看看奶牛的性状有多少变化可以通过基因表达或RNA剪接的突变来解释。”

该团队首先使用牛基因型组织表达图谱（CattleGTEx）建立了一个包括基因表达和RNA剪接基因的调节基因模型，并用该模型量化了这些调控基因的突变如何影响一个包含超过12万头奶牛基因组的单独数据集的性状遗传性。他们总共检查了37个与产奶量、乳腺炎、生育能力、性情和体型有关的特征。

研究发现，在37个被分析的性状中，调节基因对69%的性状遗传负有责任。“这一结果令人惊讶，但我们进行的多次验证表明其结果是一致的。”向瑞东说。

与以往大多数只检测基因表达变异的研究不同，该研究同时检测了基因表达和RNA剪接基因。他们还研究了顺式和反式变异——距离其影响的编码区域较近或较远的突变。大多数其他研究只关注附近的顺式突变的影响，在分析中包括反式突变为其分析能力提供了另一种提升，这可能是这项研究结果令人出乎意料的原因。

“反式效应还没有被很好地研究过，我们发现这些遥远的调控基因在塑造哺乳动物的特征方面也起着重要的作用，它似乎没有顺式效应那么重要，但也很重要。”向瑞东说。

这些发现对于那些希望有选择地培育某些牛的特征的农民来说可能是一个福音。研究者表示，通过绘制与基因表达和RNA剪接相关的遗传变异图谱，可以绘制出大部分性状的遗传性图谱。因此，关于突变背后机制的基本知识可以用于加强农业育种等领域。

该研究还为未来在人类和其他动物身上的类似研究提供了一个模型系统。“我们的方法也可以作为研究其他物种的模型，下一步我们将利用这些信息，尝试为不同的特征生成更好的预测模型。”向瑞东说。

相关论文信息：

http://doi.org/10.1016/j.xgen.2023.100385