戴豪杨;白雪;王建蒙;柴圆;付绍印;刘永斌;张文广
【摘 要】沈那遗址基因作为遗传信息的介质,决定了生物的性状表现.基因序列变异的发生是生物体适应环境变化的必然趋势.在二倍体生物中等位基因是一对控制着相对性状的基因,因此,等位基因特异性表达效应根据细胞类型和发育阶段的不同而变化,表现出不同个体之间的差异.等位基因差异表达对基因的表达起到重要的调控作用,并最终可能与生物的表型多态性联系起来.等位基因特异性表达分析已经在动物研究中得到广泛应用,有助于提高鉴定调控遗传变异的能力.对等位基因特异性表达的形成机制及其应用研究进展进行了综述,以期为进一步揭示等位基因特异性表达的遗传学机制,以及加快其在动物生产中的应用提供理论依据. 【期刊名称】《畜牧与饲料科学》
【年(卷),期】2019(040)006
【总页数】4页(P37-40)渔船柴油机
【关键词】表型多态性;等位基因特异性表达;遗传变异
【作 者】戴豪杨;白雪;王建蒙;柴圆;付绍印;刘永斌;张文广
【作者单位】内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古 呼和浩特 010018;内蒙古自治区动物遗传育种与繁殖重点实验室,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古 呼和浩特 010018;内蒙古自治区动物遗传育种与繁殖重点实验室,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古 呼和浩特 010018;内蒙古自治区动物遗传育种与繁殖重点实验室,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古 呼和浩特 010018;内蒙古自治区动物遗传育种与繁殖重点实验室,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古自治区动物遗传育种与繁殖重点实验室,内蒙古呼和浩特 010018;内蒙古自治区农牧业科学院,内蒙古 呼和浩特 010031;内蒙古ATCG生物信息研究所,内蒙古呼和浩特 010020;内蒙古自治区农牧业科学院,内蒙古 呼和浩特 010031;内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古 呼和浩特 010018;内蒙古自治区动物遗传育种与繁殖重点实验室,内蒙古呼和浩特 010018
【正文语种】中 文
【中图分类】S813朗文交互
等位基因特异性表达 （allele specific expression，ASE）是指其父本等位基因比母本等位基因表达更多， 或是其母本等位基因比父本等位基因表达更多［1］。ASE 在各物种中普遍存在，并且ASE 对基因表达的调控有重要作用。但随着研究的不断深入， 人们发现在同一细胞中存在只偏好其中一个等位基因表达的现象［2］。该种不平衡表达可能会造成生物表型以及对疾病易感性的千差万别，有助于鉴定疾病基因组学、肿瘤基因组学和药物基因组学的功能突变， 而且还在植物优势中占据着举足轻重的地位。越来越多的研究表明， 许多导致复杂性状变异的突变存在于改变基因表达的调控元件中［3］。ASE 的研究是在发现了X染体失活（X-chromosome inactivation）以及基因印迹现象（genomic imprinting）之后才开始受到重视的［4］。最近的一些研究强调了基因表达在体内和体间的变化程度，并且表明ASE 在非印迹常染体基因中也相对常见［5-7］。在人类基因组学的研究中已经发现， 等位基因多态性的出现可能导致其功能上的变化， 因此而造成人类在生理特征上以及在病理条件下的差异。ASE 的研究是通过发现与疾病相关的基因， 以及具有重要生物功能的基因，从而确定它们的多态性对机体的影响。笔者对等位基因特异性表达的形成机制及其应用研究进展进行了综述， 以期为进一步揭示等位基因特异性表达的遗传学机制， 以及加快其在动物生产中的应用提供理论依据。
1 ASE产生的机制
众所周知，在二倍体生物中，每个体细胞均有2 份基因拷贝，分别来自父本和母本，而2 份拷贝数的差异形成了ASE。遗传变异通过改变蛋白质的数量和功能以及其他机制引起疾病［8］。基因表达受许多局部或远距离遗传变异的影响， 例如单核苷酸多态性 （single nucleotide polymorphism，SNP）。ASE 是一种新的遗传现象，受顺式作用遗传变异的影响是导致等位基因之间差异表达的主要原因之一，其他原因还包括反式作用因子、组织生理状态、 环境以及测序计算的误差对2 条等位基因表达产生的影响。在二倍体生物中个体细胞通过一对基因进行拷贝， 分别来源于父本基因和母本基因。以前人们认为，来自父本的等位基因和母本的等位基因在表达上是平衡的， 而该种等位基因均衡表达能够降低隐性有害的突变。随着研究的不断深入， 人们发现在同一细胞中2 条等位基因存在表达上的偏好现象， 即偏好于其中一条等位基因的表达。ASE 通常与多种机制相关，包括基因组印记、X 染体失活以及转录和转录后调控［9］。2 条等位基因的差异表达有可能改变基因的功能，最终使组织表型受到影响［10］。
ASE 可以分为两方面： 一方面是等位基因间编码区的差异， 编码序列的改变导致蛋白结
构的改变； 另一方面是等位基因表达量上的差异。目前，多数研究集中于后者。在等位基因中按照2 条等位基因表达量的不同，又可分为3 种方式［11］：第1 种是等位基因平衡表达， 在多数情况下，2 个等位基因都被转录，并且表达量是均衡的；第2 种是等位基因差异表达， 在2 个等位基因都被正常转录的情况下， 一个等位基因的表达量与另一个等位基因的表达量存在显著差异； 第3 种是单等位基因表达，当一条等位基因被积极转录时，另一条等位基因完全不表达， 对该类基因的研究是最为广泛的，如印记基因和X 染体失活基因。此外，在杂合子个体中，2 个等位基因的不平衡表达可以使用多种实验手段进行准确测定。因此，当杂合子个体编码区的突变上表现为ASE 并且可以排除基因遗传印记的影响时， 就可以确定调控功能基因的表达以及与该突变连锁的顺式作用因子。
2 测序技术的发展对ASE分析的影响
由于高通量测序技术的飞速发展和成本的不断降低，新一代测序（next-generation sequencing，NGS）正在逐步取代基因芯片技术，用于执行功能基因组的测定， 例如映射转录因子结合位点或确定基因组中的转录序列。使用RNA-seq 对高通量功能数据进行初步分析， 得到的结果与使用基于基因芯片方法得到的结果相似， 但其灵敏度和分辨率更高。
婚姻保卫战片尾曲高通量测序技术的发展，在等位基因的差异表达研究中得到了广泛的应用。通过RNA-seq 数据，比较支持2 条等位基因上的reads 数，可获得等位基因差异表达基因。此外，随着测序技术的发展，对人中序列变异量的研究越来越多。在个体之间比较功能数据时， 有必要在进行任何比较之前考虑标准化；然而，在单个个体中，每个等位基因之间有一种天然的互作控制， 并且根据细胞类型和发育阶段而不同， 表现出不同个体之间的差异。过去十年中发表了许多与基因芯片技术有关的 ASE 研究［12-14］。然而使用基因芯片技术无法实现的单碱基差异、 数字量化和综合全基因组覆盖度，都可以在 NGS 中得到解决［9］。RNA-seq 是可以提供等位基因总表达数据的技术， 这对于通过总表达检测顺式调节变化的研究具有重要意义， 并且可用于进一步量化顺式与反式调节作用的相对变化。但ASE 在全基因组的发生率差异很大，从大约 5%［15］、大约 20%［16］到高达 80%［17］。这些差异存在的原因可能与遗传多样性、 所研究的组织以及ASE 信息统计分类不同有关［18］。
3 ASE分析在医学和动物生产中的应用
早在1984 年印记基因的单等位基因机制就已经被发现了［19］，表明母系和父系对哺乳
lucene动物胚胎基因组的贡献是不相等的，但一直到2002 年有关种系ASE 的首例报道才出现［6］，发现了结肠肿瘤抑制基因的ASE 是无突变的腺瘤息肉瘤病变的主要原因。在早期进行ASE 研究时，大多是采用PCR 扩增、基因芯片等方法。研究表明，在人类中等位基因的差异表达很可能导致人之间生理、外貌的不同，以及在相同环境下生理反应的不同，如人们体形、肤的不同以及对疾病易感程度和对药物耐受性的不同。有人通过比较术后房颤和无房颤患者间的差异ASE， 寻与心肌缺血反应相关的差异ASE， 发现在患有和未患有术后房颤者的左心房中，具有最大差异的ASE 在凝溶胶蛋白（GSN）基因内。该基因在之前的报道中与小鼠的心房颤相关，两者差异ASE 基因富集到了心肌结构， 表明心房结构在房颤病理生理学中的重要性；在心肌缺血和正常左心室样本中，ASE 变化最大的基因是锌指和血浆脂质调节剂同源域蛋白2（ZHX2）基因，差异ASE 基因富集于与缺血—再灌注反应相关的泛素连接酶复合物通路 ［20］。A-manda 等利用 1 头牛的 18 个组织的 RNA-seq 数据建立了牛基因表达图谱，并分析鉴定各组织中的ASE， 结果表明， 在7 985 个基因中总共有25 251个杂合SNP 被检测到至少在一个组织中为ASE，证明了 ASE 在牛中普遍存在［1］。Mac Each 等为了确定高度可信的候选马立克氏病的抗性基因，对2 个在马立克氏病抗性上存在显著差异的自交系F1 后代进行了全基因组范围的ASE 筛选，
经鉴定得到了7 种仅在受感染动物中显示反式调节的基因。该结果表明，ASE 分析是一种强有力的方法， 可以识别导致复杂性状基因转录丰度差异的调控变异， 并且为进一步开展马立克氏病抗病多态性研究提供了坚实的基础［21］。
ASE 在各种生物中是普遍存在的， 而且该种现象对等位基因的表达起着重要的调控作用，并最终可能在物种多态性形成过程中起关键的作用。在人类研究中发现，等位基因的不平衡表达可能会引起不同生物体的生理差异， 以及使人们在相同病理条件下的生理反应也各不相同， 比如对疾病的易感性和药物使用的耐受程度，等等。以上研究表明，ASE 对于动物在不同环境条件下分子机理的研究具有很大的帮助， 并对难以测量的复杂性状进行标记辅助选择具有巨大的意义。
4 小结与展望
随着ASE 在各种生物中被不断发现，已经有很多研究表明，ASE 在基因表达过程中起着重要的调控作用， 而且该种现象在物种多态性中的作用已经越来越受到重视。ASE 分析的优点是不需要对所研究的体遗传结构进行任何假设， 就能直接展示对致病基因及其作用机制的信息［7］。但是由于调控机制的复杂性以及检测技术的不完善，ASE 的研究仍然处弹道学报
于探索和起始阶段，ASE 大多仅研究等位基因表达量上的基础差异变化。关于ASE 的研究，人们仍需要对一些重要问题进行进一步探索， 例如：ASE 在组织间的特异程度；是否存在对父本或母本等位基因表达的偏好；ASE附近染体上的等位基因表达方向是否相同。当然， 在研究中还需要不断开发更加高效和准确的检测方法，这样才有可能对ASE 在各个物种中的作用得到真正认识。
【相关文献】
［1］CHAMBERLAIN A J，VANDER JAGT C J，HAYES B J，et al. Extensive variation between tissues in allele specific expression in an outbred mammal［J］.BMC Genomics，2015（16）：993.
［2］CHESS A，SIMON I，CEDAR H，et al. Allelic inactivation regulates olfactory receptor gene expression ［J］.Cell，1994，78（5）：823-834.
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