近日，我校作為國內(nèi)唯一通訊單位的國際大科學(xué)計(jì)劃FarmGTEx(農(nóng)業(yè)動(dòng)物基因型-組織表達(dá)項(xiàng)目，The Farm Animal Genotype-Tissue Expression Project)白皮書以Perspective文章的形式在Nature Genetics發(fā)表。

  FarmGTEx計(jì)劃旨在通過建立農(nóng)業(yè)動(dòng)物的多組織遺傳調(diào)控效應(yīng)圖譜，解決農(nóng)業(yè)動(dòng)物基因表達(dá)的遺傳決定問題。該大科學(xué)計(jì)劃由我校動(dòng)物科學(xué)學(xué)院畜牧學(xué)科團(tuán)隊(duì)與來自14個(gè)國家91個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究人員聯(lián)合發(fā)起。

  農(nóng)業(yè)動(dòng)物在數(shù)千年的馴化和人工選擇中積累了豐富的遺傳多樣性。這些動(dòng)物在抗病性、生長效率和環(huán)境適應(yīng)性等方面表現(xiàn)出復(fù)雜的基因表達(dá)模式，但其調(diào)控機(jī)制尚不明確。為了揭示這些機(jī)制，推動(dòng)畜禽精準(zhǔn)育種和人類醫(yī)學(xué)研究，“農(nóng)業(yè)動(dòng)物基因型-組織表達(dá)（FarmGTEx）”項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。FarmGTEx項(xiàng)目計(jì)劃通過整合全球農(nóng)業(yè)動(dòng)物的基因組-轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)資源，建立農(nóng)業(yè)動(dòng)物的多組織遺傳調(diào)控效應(yīng)圖譜，探究農(nóng)業(yè)動(dòng)物基因表達(dá)的遺傳決定問題。

  FarmGTEx項(xiàng)目自2018年啟動(dòng)以來在農(nóng)業(yè)動(dòng)物遺傳育種研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過對公共數(shù)據(jù)庫的RNA測序和全基因組測序數(shù)據(jù)開展清洗整理和深度挖掘，順利完成了世界上首批牛（2022，Nature Genetics）、豬（2024，Nature Genetics）、雞（2025，Nature Genetics）的多組織分子遺傳調(diào)控效應(yīng)圖譜，構(gòu)建了牛、豬和雞的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，以便全球研究人員利用這些大數(shù)據(jù)資源。此外，包括綿羊、山羊、馬、駱駝、兔子、鴨子在內(nèi)的其他畜禽物種的相關(guān)研究正在進(jìn)行。

FarmGTEx項(xiàng)目規(guī)劃總覽

  該項(xiàng)目計(jì)劃分三個(gè)階段實(shí)施（圖2）。試點(diǎn)階段（Pilot Phase，2018-2024年）主要是探索組織和品種特異性調(diào)控對基因表達(dá)和可變剪接的影響。通過公共RNA測序和全基因組測序數(shù)據(jù)，目前已構(gòu)建了牛、豬和雞的多組織分子QTL（主要為eQTL和sQTL）圖譜，并正在其他畜禽物種（如綿羊、山羊、馬、駱駝、兔子、鴨子）中進(jìn)行相關(guān)研究。第1階段（Phase 1，2024-2029年）重在揭示性別和發(fā)育階段特異性的遺傳調(diào)控效應(yīng)。通過收集大規(guī)模的涵蓋性別和發(fā)育階段的多組織RNA測序數(shù)據(jù)及配對的WGS數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)（metadata），為探究性別和發(fā)育階段在基因表達(dá)中的遺傳調(diào)控效應(yīng)奠定基礎(chǔ)。第2階段（Phase 2，2029-2034年）將涵蓋多種環(huán)境條件（每種條件下200個(gè)個(gè)體的20-40種組織），包括飼養(yǎng)調(diào)控、氣候條件、健康狀況和病原體暴露等因素，并在單細(xì)胞或空間轉(zhuǎn)錄組等更高分辨率下進(jìn)行分析。項(xiàng)目還將考慮納入其他分子表型，如DNA甲基化、染色質(zhì)可及性和代謝組等多組學(xué)數(shù)據(jù)。

FarmGTEx資源的潛在影響

  FarmGTEx項(xiàng)目研究將對基礎(chǔ)生物學(xué)（例如性別和發(fā)育特異性基因調(diào)控）、動(dòng)物精準(zhǔn)育種、環(huán)境適應(yīng)與馴化和人類健康（圖3）等相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，F(xiàn)armGTEx項(xiàng)目通過對農(nóng)業(yè)動(dòng)物復(fù)雜性狀的關(guān)鍵基因和調(diào)控機(jī)制進(jìn)行識別，將為動(dòng)物精準(zhǔn)育種提供有力支撐。例如，分析奶牛的基因表達(dá)數(shù)據(jù)，有助于優(yōu)化育種策略，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)，還能幫助研究人員理解農(nóng)業(yè)動(dòng)物基因調(diào)控與環(huán)境條件變化之間的關(guān)系，以研究動(dòng)物在高溫環(huán)境中的基因調(diào)控模式為例，可識別出適應(yīng)高溫的基因變異，輔助培育適應(yīng)特定環(huán)境的品種品系。深入理解這些動(dòng)物的基因調(diào)控機(jī)制，該項(xiàng)目有望為解決復(fù)雜的生物學(xué)問題提供新的工具和方法。此外，由于許多農(nóng)業(yè)動(dòng)物在生理結(jié)構(gòu)和功能上與人類相似，F(xiàn)armGTEx項(xiàng)目研究將可為人類疾病的診斷和治療提供新的思路，體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)動(dòng)物模型在人類醫(yī)學(xué)研究中的潛力。FarmGTEx項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)所開展的基因組學(xué)和生物學(xué)分析等工作，也將為農(nóng)業(yè)動(dòng)物模型在人類生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，開辟新的道路。　　

  FarmGTEx項(xiàng)目白皮書由代表不同領(lǐng)域的7位通訊作者牽頭，分別為來丹麥奧胡斯大學(xué)的Lingzhao Fang助理教授（動(dòng)物遺傳學(xué)）、美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究中心的George E. Liu研究員（牛遺傳育種）、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的張哲教授（豬遺傳育種）、美國加州大學(xué)戴維斯分校的Huaijun Zhou教授（雞遺傳育種）、德國慕尼黑大學(xué)/英國倫敦瑪麗女王大學(xué)的Laurent Frantz教授（動(dòng)物基因組學(xué)）、美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的Abraham Palmer教授（人類遺傳學(xué)）、美國加州大學(xué)洛杉磯分校的Jingyi Jessica Li（計(jì)算生物學(xué)）等不同學(xué)科領(lǐng)域。該計(jì)劃的發(fā)起人還包括美國科學(xué)學(xué)院院士Edward S. Buckler教授，美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)院士Bing Ren教授，以及澳大利亞科學(xué)院院士Michael E. Goddard教授等多個(gè)領(lǐng)域的著名科學(xué)家。我校是該論文中國唯一的通訊單位，動(dòng)物科學(xué)學(xué)院豬遺傳育種團(tuán)隊(duì)5位老師和3位在讀博士生參與該計(jì)劃發(fā)布。該大科學(xué)計(jì)劃的公布實(shí)施標(biāo)志著我校畜牧學(xué)科在動(dòng)物遺傳育種前沿研究領(lǐng)域持續(xù)邁向全球前列。

  相關(guān)鏈接： 

  https://www.nature.com/articles/s41588-025-02121-5

  https://cattlegtex.farmgtex.org/

  https://piggtex.farmgtex.org/

  https://chicken.farmgtex.org/

文圖/動(dòng)物科學(xué)學(xué)院