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本刊推荐：本研究利用PigGTEX项目5457个RNA测序样本，首次在猪中构建了涵盖34个组织的全面RNA编辑图谱，鉴定出49,614个顺式编辑数量性状位点（edQTL）。研究发现超过32%的edQTL独立于表达或剪接QTL（eQTL/sQTL），且edQTL在33个复杂性状的GWAS位点中显著富集，对生长和繁殖等性状的遗传力贡献优于eQTL/sQTL。通过共定位分析揭示了从edQTL特异性调控（如ERCC5）到多效性调控的多样化机制。跨物种比较发现数百个进化保守的编辑事件与神经通路相关。该研究为农业物种的遗传机制研究提供了重要资源。
多组织遗传调控揭示猪RNA编辑图谱及其对复杂性状的遗传贡献
引言
RNA编辑是一种关键的转录后调控机制，能在不改变基因组序列的情况下通过A-to-I和C-to-U等碱基转换增加转录组和蛋白质组的多样性。尽管RNA编辑在人类生物学中的重要性已得到广泛研究，但其在猪等农业物种中的遗传调控机制和功能影响仍不清楚。本研究通过PigGTEx项目提供的5457个RNA测序样本，首次在34个猪组织中构建了全面的RNA编辑图谱，并深入解析了遗传变异对RNA编辑的调控及其对复杂性状的影响。
RNA编辑在34个猪组织中的全景图谱
通过严格的质控流程，研究团队共鉴定出315,736个独特的RNA编辑位点，其中A-to-G编辑占主导（237,674个）。编辑位点数量呈现显著的组织特异性，从囊胚的2,320个到大脑的96,812个不等。样本聚类分析显示，基于RNA编辑模式的样本分布能准确反映组织类型，验证了数据的生物学相关性。值得注意的是，整体编辑活性在囊胚（0.21±0.07）和卵裂球（0.13±0.04）中较高，而在肌肉（0.07±0.02）和桑葚胚（0.04±0.03）中较低。
RNA编辑酶的表达分析揭示了组织特异性模式。ADARB1在肾脏和下丘脑中可解释高达40%的编辑变异，而APOBEC2在心脏和前额皮质中贡献了39%的变异。然而，RNA编辑与酶表达的组织相关性聚类模式存在差异，表明除编辑酶外，还存在其他调控层面对RNA编辑进行精细调控。
编辑位点的特征分析
基因组分布显示，大多数RNA编辑事件位于内含子区（52.9%）和3'非翻译区（3' UTR，19.12%），仅有2.62%位于外显子区。不同组织间存在明显差异：3'UTR在十二指肠（约2.6倍富集）、软骨（约3.0倍）和滑膜（约2.7倍）中显著富集；外显子区编辑在囊胚（约6.1倍）、胚胎（约4.9倍）、软骨（约4.1倍）和回肠（约4.1倍）中比例较高。外显子区的编辑事件主要导致非同义氨基酸变化（57.6%）。
特别值得注意的是，217,676个编辑位点位于猪重复元件（PRE）中，其中约74%集中在Pre0_SS元件，这一发现与既往研究一致。研究还识别出2,473个组织特异性RNA编辑位点，其中胚胎、垂体和囊胚显示出最高的整体编辑水平。共编辑网络分析进一步揭示了10个模块，这些模块在不同组织中表现出相似的RNA编辑水平模式，其中黄色-卵母细胞模块包含115个枢纽位点，绿色-滑膜模块包含110个，蓝色-乳汁模块包含260个。功能注释显示这些组织特异性位点与相应组织的生理功能高度一致，如脂肪组织中的PPAR信号通路和前额皮质中的突触信号通路。
全基因组范围内的edQTL鉴定
通过整合PigGTEx项目中的3,087,268个常见基因组变异，研究团队进行了edQTL分析。主成分分析显示，显著的主成分平均贡献了RNA编辑水平总方差的41.4%，并成功捕获了品种相关变异和ADAR表达水平的影响。
研究共鉴定出20,463个独特的RNA编辑位点（edSites）含有49,614个独立的顺式edQTLs，每个组织的数量范围为18-7,453个。其中约11.6%的位点在多个组织中与多个独立edQTL相关。编辑位点和独立edQTL的数量与组织样本量呈正相关（Pearson's r > 0.6）。领先的edQTL主要聚集在RNA编辑位点附近，随着与编辑位点距离的接近，其显著性增加。
为验证edQTL，研究还进行了等位基因特异性RNA编辑（ASED）分析，识别出4,139个独特的ASE编辑位点，对应4,481个独特SNP。组织分布分析显示，91.14%的edQTL和89.94%的ASED SNP位点仅存在于单一组织（组织特异性），而8.86%的edQTL和10.06%的ASED位点在两个或更多组织中出现（组织共享）。
edQTL的功能特征
基因组分布分析显示，45.6%的edQTL富集在内含子区，其次为基因间区。与所有RNA编辑位点相比，受edQTL调控的外显子编辑位点比例在多个组织中增加，在桑葚胚中高达26.9%，表明外显子RNA编辑在早期胚胎发育中可能发挥更重要的作用。
与eQTL和sQTL的比较揭示了三者不同的调控架构：eQTL在蛋白质编码基因的转录起始位点（TSS）附近显著富集，sQTL聚集在剪接连接点周围，而edQTL则在RNA编辑位点附近显示明显富集。在效应大小方面，edQTL显示出比eQTL更大的效应大小（中位绝对斜率：0.54 vs. 0.36），但小于sQTL。
重要的是，研究发现15,903个独特edQTL（对应10,035个独特编辑位点）在考虑SNP间的连锁不平衡（LD<0.8）后，未在sQTL和eQTL中发现，被定义为类型特异性edQTL。例如，血液中SAG基因的案例显示，虽然chr15:133692767处的编辑水平在基因型间差异显著，但基因表达在不同基因型间保持不变。这些发现表明edQTL代表了一个独立的调控层，不能完全被eQTL和sQTL分析所捕获。
Meta分析显示，顺式遗传效应对编辑位点的影响在组织间 largely shared，在26个组织对中效应相关性超过0.75，但桑葚胚和卵裂球中的模式出现分歧。对先前鉴定的2,473个组织特异性RNA编辑位点的分析进一步识别出949个仅在单一组织中的edQTL-编辑位点对，反映了RNA编辑调控的复杂性。
edQTL对复杂性状的影响
为评估edQTL在复杂性状关联中的重要性，研究团队对25个性状进行了基于置换的富集检验。在76%（19/25）的测试性状中，edQTL显示出显著高于匹配对照SNP的GWAS Z分数，表明RNA编辑在表型变异中具有非随机且功能意义的作用。
遗传力富集分析进一步量化了edQTL对这些复杂性状的累积遗传贡献。在46个具有足够GWAS效力的性状中，71.7%（33/46）的性状观察到显著的edQTL相关遗传力富集（富集>1倍）。值得注意的是，edQTL富集在39%（18/46）的性状中超过了eQTL和sQTL。QQ图显示，在多个性状如平均日增重（30-100公斤）、血小板分布宽度、产仔数和乳头数等中，edQTL的GWAS信号膨胀强于匹配对照SNP。
组织特异性分析识别出35个显著的组织-性状对，涉及14个组织和23个性状，其中edQTL富集而eQTL和sQTL未显示显著关联。跨组织汇总贡献显示，edQTL对左乳头数、精子计数、体高、肉脂比和精子浓度等繁殖和生长性状的遗传力有显著贡献。
揭示RNA编辑与复杂性状间的共享遗传调控
为确定RNA编辑和复杂性状是否受共享遗传变异影响，研究团队使用来自232个性状的268个meta-GWAS研究的摘要统计进行了共定位分析。应用严格标准（后验概率>0.9），研究在至少一个组织中检测到3,785个edQTL与GWAS信号间的共定位事件，涉及1,000个独特编辑位点和120个复杂性状，支持了RNA编辑与表型变异间的共享遗传基础。
为剖析edQTL是独立还是与其他QTL协同调控性状，研究分析了edQTL、eQTL和sQTL在同一GWAS位点与GWAS信号的共定位。在edQTL与GWAS信号共定位的425个位点中，50.1%也与eQTL或sQTL共定位。其中，仅59例中edQTL和eQTL/sQTL信号汇聚于同一靶基因（32例共享领先变异），154例中影响不同基因，表明 largely distinct 调控效应。
组织特异性分析显示，淋巴结（69%）和软骨（62%）等组织中edQTL-only共定位比例较高，表明RNA编辑在这些组织的性状调控中发挥突出作用。而在胚胎（63.2%）、下丘脑（58.8%）和血液（53.4%）等多个组织中，涉及edQTL的GWAS相关位点也与eQTL或sQTL共定位，表明不同分子层面存在协同调控效应。
研究特别强调了两个代表性机制位点：显著影响肌肉中ERCC5基因外显子位置chr11:71156076 RNA编辑的edQTL（rs710228331）与乳头数性状GWAS信号高度共定位（H4PP=0.934），而相应的eQTL或sQTL未显示强共定位。另一个位点（rs3474254066）影响TMC6基因下游的RNA编辑，同时影响血液中的选择性剪接和囊胚中BIRC5的表达，表明该位点可能通过协调调控RNA编辑、剪接和基因表达来影响产活仔数。
猪与人类RNA编辑的比较
为研究RNA编辑的保守性，研究团队使用LiftOver工具和基于phastCons的序列保守评分比较了猪与人类的RNA编辑位点。在14,113个映射到人类基因组的猪RNA编辑位点中，320个位点（2.27%，4.46倍富集）在人类中也检测为编辑事件。这些保守位点中，约21.2%位于两个物种的非重复区，而其余位点主要位于物种特异性SINE元件中——人类为ALU（69.4%），猪为PRE（70.9%）。跨物种映射显示，嵌入人类ALU元件的编辑位点经常对应猪PRE区，表明不同的重复家族可能在维持跨物种编辑活性中发挥类似作用。
对这些保守位点，研究观察到猪与人类脑组织中编辑水平间强正相关（R2=0.67），表明这些事件的调控是保守的。KEGG通路富集分析显示，猪与人类间保守的编辑宿主基因在谷氨酸能突触、多巴胺能突触和长时程增强等神经元信号和可塑性通路中显著富集。这些通路已知在转录后水平受到严格调控，与保守编辑事件在调节神经转录组中的潜在作用一致。
此外，超几何检验识别出四个显著富集的GWAS性状（忧虑、银屑病、心血管疾病和精神分裂症），这些性状涵盖神经精神、免疫相关和心脏代谢领域，暗示进化保守的RNA编辑调控可能影响多样化的人类生理过程。代表性的保守编辑调控基因包括NT5C2、STAT2、FUT2和PRRC2A，突出了编辑可能贡献于物种间性状变异的候选基因。
讨论与展望
本研究首次在猪中提供了涵盖34个组织的RNA编辑及其遗传调控的综合图谱，填补了畜禽物种功能基因组资源的关键空白。研究发现RNA编辑在猪中广泛存在且具有组织特异性，与其它哺乳动物中观察到的模式一致。通过整合基因型数据，研究绘制了以组织依赖性方式调控编辑水平的edQTL。与eQTL和sQTL不同，edQTL聚集在RNA编辑位点附近，表明它们通过改变局部RNA二级结构或ADAR结合基序而非启动子活性来调节编辑效率。
研究的关键发现是edQTL对复杂农艺性状的重要贡献。研究表明edQTL在某些性状中解释了更大的遗传力比例——与人类研究中的观察相似。通过共定位分析，研究为edQTL与sQTL的协同调控作用提供了额外证据，并提名rs710228331（影响乳头数）和rs3474254066（影响产活仔数）作为两个代表性机制位点。
猪与人类间保守RNA编辑位点的低比例是生物学预期的，因为ADAR酶的主要底物——SINE逆转录转座子——是谱系特异性的（人类为Alu，猪为PRE）。然而，保守的位点子集似乎功能关键，猪与人类脑组织编辑水平间的强相关性表明这些特定事件的精确调控可能在物种间通过纯化选择得以维持。
尽管研究结果确立了RNA编辑在猪表型变异中的重要性，但仍存在几个局限性。技术上，缺乏匹配的DNA测序限制了明确排除罕见基因组变异的能力，组织间可变的样本量可能约束统计效力。虽然严格的过滤揭示了稳健的生物学模式，但公共数据集固有的异质性意味着测序深度变异仍可能影响位点检测，未来需要更统一的数据进行深入研究。此外，由于鉴定的edQTL基于统计推断，实验验证对于建立因果关系至关重要。
总结而言，本研究为猪RNA编辑及其遗传调控提供了基础资源，为复杂性状的转录后控制提供了新视角。呈现的RNA编辑位点和edQTL综合图谱为编辑相关研究提供了宝贵参考，特别是在FarmGTEx框架内，旨在跨农业物种转化此类基础发现。未来与蛋白质组和功能基因组数据集的整合，以及实验验证，将完全阐明RNA编辑在哺乳动物生物学中的作用。
