以家猪为模型解析先天性外耳发育畸形的遗传机制

【摘要】人类小耳畸形是一类发病率较高的先天性外耳缺陷疾病，常常伴有听力障碍，严重影响了患者的容貌和正常的社会交往。此病的成因非常复杂，人们对其遗传基础知之甚少。家猪是研究人类疾病的理想模型，耳型也是家猪的重要品种特征。因此，本研究以家猪为模型开展外耳发育缺陷遗传机制的研究。本研究前期构建了二花脸×沙子岭猪外耳缺陷的F2近交群体，F2中部分仔猪的外耳具有先天性畸形，与人类小耳畸形的临床表型一致。根据近交群体的系谱信息和患病仔猪在F2群体中的分离情况，我们推测该疾患呈常染色体单基因隐性遗传模式。在此基础上，我们对该近交群体前4胎F2共47个个体进行了全基因组60KSNP芯片扫描。扫描结果的全基因组关联分析在SSC18上检测到了唯一的信号峰，50个达到基因组显著水平的SNP（P=2.73×10-6）位于4.9Mb的区域内。全部11个患病个体共享一段5.0Mb的IBD片段。表型正常F2个体的断点重组分析将影响此疾病的因果突变最终精细定位在2.0Mb的片段内，此区段内含有17个注释基因，其中包括HOXA家族的11个基因。选择1个F2患病个体及其亲本，针对覆盖精细定位区间的2.6Mb区域，开展目标区域捕获重测序，最终筛选到了15个候选因果突变。通过来源广泛且耳朵表型正常的643个个体及二花脸×沙子岭F2近交系的全部103个个体的判型分析，揭示出位于HOXA1基因编码区的c.451G>TC是导致家猪先天性外耳发育畸形的因果突变，该突变仅存在于沙子岭群体中。HOXA1突变导致翻译提前终止，该蛋白缺少了homeobox结构域，改变了HOXA1蛋白的生物学功能。为了进一步在全基因组范围内明确因果突变在表达水平上对其他基因造成的影响，将14.25日龄的两个患病个体和两个正常个体胚胎组织的RNA分别组池，开展RNA-Seq试验。我们共筛选到了337个差异表达基因（DEGs），其中许多与外耳发育有关。随机选择10个DEGs，利用RealtimePCR实验验证了RNA-Seq试验的可靠性。337个DEGs的GO、Pathway及IPA的基因网络分析表明DEGs富集在药物代谢、脂代谢、细胞组装、癌症、有机体畸形及神经系统的发育和功能等方面。在此基础上，利用ToppGene、Endeavour和SUSPECTS生物信息学软件对337个候选基因进行优先排序。选择HOXA1，HOXC4，PDX1，NKX2-8，EVC2，FGF1，FGFR3和CTCF基因在146份散发的人小耳畸形患者中进行外显子测序，搜寻到4个可能的致病突变位点，即EVC2基因上的错义突变p.1094D>N，HOXA1基因的缺失突变p.65-67HHHdel和其3’UTR区内的g.2613G>A和g.2944delinsGT突变。这4个候选因果突变的破坏程度经预测均显示为可能致病。本项研究成果为最终解析人类小耳畸形的致病机理提供了重要借鉴。
【作者】乔瑞敏；
【导师】黄路生；任军；
【作者基本信息】江西农业大学，动物遗传育种与繁殖，2014，博士
【关键词】家猪；人；小耳畸形；HOXA1基因；RNA-Seq；致病机理；

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