NG | 基因界重磅!中国农业大学方美英教授与贾善刚老师破解五指山猪 T2T 全基因组,解锁生猪育种新赛道

作为人类重要的家畜和生物医学模型，猪的基因组研究一直是农业与生命科学领域的焦点。从肉质鲜美的地方品种到体型庞大的商业猪种，猪的表型差异背后藏着复杂的遗传密码。

近日，中国农业大学方美英教授与贾善刚老师团队在《Nature Genetics》发表的题为”Telomere-to-telomere genome assembly of a male pig provides insight into population structure and selection for body stature”研究。文章成功组装出首个猪T2T基因组，不仅填补了传统基因组的诸多空白，更揭示了猪种群演化规律与体型调控的分子机制，为猪育种改良与生物医药研究打开了全新视野。

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译名：雄性猪T2T基因组为解析种群结构与体型选择机制提供新见解

期刊：nature genetics

IF：29.0

猪驯化已有近 10000 年历史，全球培育出 200 多个品种，但传统猪基因组组装存在大量缺口，着丝粒、端粒等重复区域未被完整解析，限制了遗传变异与性状关联的研究。五指山猪作为中国特有迷你猪品种，体型仅为商业猪的一半，是研究糖尿病、骨骼发育等疾病的理想模型，但其基因组的完整性与遗传特征尚未被充分挖掘。同时，猪的种群结构、不同品种体型差异的分子机制等关键问题，仍缺乏完整基因组数据的支撑，亟需高质量 T2T 基因组填补研究空白。

构建 五指山公猪T2T 基因组（T2T-pig1.0）。；比较基因组学分析解析着丝粒、Y 染色体等特殊区域的结构与演化；利用 407 个猪重测序数据更新种群遗传结构分析筛选与体型相关的候选基因，结合细胞实验验证 GALNT13 基因的功能，揭示猪体型调控的分子机制，为育种应用提供靶点。

猪 T2T 基因组组装

图1 T2 T-pig 1.0猪基因组组装

成功组装出 2.63Gb T2T-pig1.0 基因组，覆盖 18 条常染色体及 X、Y 染色体，0 gap且无未定位序列（Table 1）。基因组新增 194.42Mb 未解析区域（PURs），注释出 21713 个蛋白编码基因，其中 1189 个基因位于 PURs 中，这些基因在 hypothalamus 和垂体等组织中表达活跃（Fig. 1a,d）。

与传统 Sscrofa11.1 相比，T2T-pig1.0 的重复序列注释更完整，其中 DNA 转座子含量从 85.34Mb 提升至 145.93Mb（Table 1），还精准解析了 45S rDNA 区域，确认其在 chr8 和 chr10 上有 66 个拷贝（Fig. 1e,f）。

表1 猪基因组组装Sscrofa11.1和T2 T-pig 1.0的比较

猪着丝粒的全基因组结构

图2 T2 T-pig 1.0猪基因组组装中的着丝粒结构

通过 CENP-A ChIP-seq 与甲基化分析，研究团队鉴定出所有染色体的着丝粒区域，总长约 107.3Mb（Fig. 2a,b）。着丝粒主要由 SAT1、SAT2、SAT3 三类卫星重复序列组成，且端着丝粒染色体（chr13–chr18）具有 “端粒 - SAT1B-(mSAT)ₙ-SAT3-q 臂” 的独特结构，其中 mSAT（AGAAT）微卫星序列在着丝粒核心区域富集（Fig. 2b,c）。此外，着丝粒区域存在大量年轻 LTR 反转录转座子，远年轻于全基因组平均水平，提示 LTR 可能参与着丝粒演化。

Y 染色体分析及跨物种比较基因组分析

图3 Y 染色体特性

T2T-pig1.0 基因组首次实现 Y 染色体的无缺口组装，全长 43.25Mb，新增 29.64Mb 未知序列（Fig. 3）。注释出 111 个蛋白编码基因，其中 42 个为新鉴定基因，包括 14 个 HSFY 基因拷贝。跨物种比较发现，猪、人、山羊、绵羊的 Y 染色体雄性特异性区域（MSY）存在 11 个保守同源基因（如 SRY、TSPY），这些基因与精子发生和睾丸发育相关（Fig. 4b）。此外，猪 Y 染色体 q 臂富含 SatY3 卫星重复序列（20.98Mb），与人类 Y 染色体的异染色质区域特征相似（Fig. 3）。

群体结构分析

图4 变异识别和总体群体结构的改善

以 T2T-pig1.0 为参考对 407 个全球猪进行种群遗传分析，检测到 1784 万个 SNP，其中 339092 个位于 PURs 中（Fig. 5a）。种群结构分析将其分为亚洲家猪、欧洲家猪、北美家猪等 6 个类群，发现东北亚猪群中存在欧洲血统的基因渗透，更新了传统种群分类（Fig. 5c,d,e）。与 Sscrofa11.1 相比，T2T-pig1.0 显著提升了测序 reads 的比对率，减少了单端映射 reads 数量，使种群遗传分析更精准（Fig. 5b）。

与身高相关的选择特征

图5 GALNT 13与猪软骨细胞发育的关系

迷你猪（五指山猪、巴马香猪）与大型商业猪（杜洛克、大白猪）的选择性清除分析表明筛选出 280 个位于 PURs 的候选选择区域，涉及 657 个基因（Fig. 6a）。其中 GALNT13 基因表现出强烈的选择信号，该基因在猪的胸椎软骨、骨骺软骨等骨相关组织中高表达（Fig. 6a,b）。功能实验显示，GALNT13 过表达可抑制猪软骨细胞增殖，同时促进软骨细胞分化标志物（COL2A1、SOX9、RUNX2）的表达（Fig. 6d–i），提示其通过调控软骨细胞发育影响猪的体型大小。

本研究成功构建了首个猪 T2T-pig1.0基因组，填补了 194.42Mb 的基因组空白，准确性与完整性达到国际领先水平。文章解析了猪着丝粒的独特结构与演化规律，发现端着丝粒染色体的特异性序列排布，丰富了哺乳动物着丝粒演化的理论。完整解析了 Y 染色体的复杂结构，鉴定出 11 个跨物种保守的雄性特异性基因，为雄性生殖发育研究提供了重要资源。基于全球 407 个猪样本的重测序数据，更新了种群遗传结构，揭示了跨大陆基因渗透现象，为猪的驯化起源与扩散研究提供了新视角。此外，挖掘并验证了体型调控关键基因 GALNT13，阐明其通过调控软骨细胞增殖与分化影响猪体型的分子机制，为猪精准育种提供了核心靶点。研究不仅推动了猪基因组学研究的跨越式发展，也为其他家畜的 T2T 基因组组装与功能研究提供了可借鉴的范式，兼具重要的理论意义与应用价值。

责编 | 冬冬

排版 | 山谷

审核 | 集思慧远产品部