2025-07-15
Highlights
聚焦编码基因或调控基因——直接关联基因表达（而非 SNP），更贴近生物学机制。
更易与下游实验结合——候选基因可直接用于CRISPR 编辑、RNAi 或过表达实验，验证其对表型的影响。
高通量数据处理——派森诺擅长挖掘调控基因，通过多组学整合结合TWAS + GWAS+表观组，推动精准医学和分子育种！
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简介
全转录组关联研究（TWAS）旨在通过预测基因表达水平来研究其与复杂性状或疾病的关联。TWAS 弥补了传统 GWAS（全基因组关联研究）的不足，后者主要检测 DNA 变异（如 SNPs）与表型的关联，但难以解释非编码变异的生物学机制。TWAS 则通过表达数量性状位点（eQTL）数据，推断基因表达对表型的影响，从而揭示潜在的基因或调控通路。
全转录组关联研究（TWAS）和全基因组关联研究（GWAS）都是研究基因与表型关联的重要方法，但TWAS在功能机制解析、统计效力、生物学解释性等方面具有独特优势。以下是详细对比：
2、TWAS应用
2.1、TWAS 在植物研究中的应用
（1）作物农艺性状解析
水稻：TWAS 鉴定到 OsSPL13 基因与粒型调控相关，可能影响产量（Nature Genetics, 2018）。
玉米：发现 ZmVPP1 基因与抗旱性相关，可用于分子育种（Plant Cell, 2020）。
（2）抗逆性研究（干旱、盐碱、病害）
小麦中通过 TWAS 发现 TaNAC69 基因在干旱胁迫下的表达与存活率显著相关（PBJ, 2021）。
番茄中 SlWRKY 家族基因被预测与抗病性相关，后续实验验证其功能。
（3）代谢物合成调控
如茶叶中的儿茶素、棉花中的纤维发育相关基因。
2.2、TWAS 在动物研究中的应用
（1）经济性状（产肉、产奶、蛋品质）
猪：TWAS 预测 IGF2 基因表达与肌肉生长相关，与已知因果突变一致（Genetics, 2019）。
奶牛：发现 DGAT1 基因表达与乳脂含量显著关联（BMC Genomics, 2020）。
（2）抗病育种
鸡：鉴定到 MHC 区域基因表达与禽流感抗性相关（Poultry Science, 2021）。
鱼类：罗非鱼中 TNF-α 相关基因与细菌感染抗性关联。
（3）环境适应性
如绵羊毛囊发育相关基因（适应寒冷气候）、蜜蜂社会行为相关基因。
经典案例
期刊：Nature Genetics
影响因子：29.0/Q1
发表单位：中国农业大学、丹麦奥胡斯大学、美国加州大学
分析内容：molQTL分析、GWAS分析、fastENLOC共定位、基于汇总数据的孟德尔随机化(SMR)、单组织转录组关联分析(sTWAS)及多组织TWAS等。
方法：基于公共数据下载转录组8633个样本、单细胞30个样本、基因组重测序2869个样本。该研究对RNA-seq样本进行质控，保留7015个高质量样本（覆盖28种组织）；127598个细胞（6种组织）的scRNA-seq分析注释得到43种细胞类型。从RNA-seq数据调用SNP，结合重测序数据进行全基因组填补获得约150万高质量SNP。经样本去重后，保留28个组织（每组织≥40个体）用于分子表型molQTL定位和39个复杂性状GWAS分析。
【图】文章思路
结果：
本研究整合了来自 7015 个样本的批量 RNA 测序（RNA-seq）数据、来自 127598 个细胞的单细胞 RNA 测序数据以及 2869 个全基因组序列，以呈现涵盖 28 种鸡组织的调控变异初步图谱。该图谱揭示了对初级表达（蛋白质编码基因、长链非编码 RNA 和外显子）和转录后修饰（可变剪接和 3'非翻译区可变多聚腺苷酸化）的数百万种调控效应。研究强调了这些调控变异背后的独特分子机制、其依赖于环境的行为以及它们在解释 39 种鸡复杂性状的全基因组关联中的作用。最后，对鸡和哺乳动物之间基因调控的比较分析表明，这一资源如何有助于复杂性状的跨物种基因定位。
[图]五种分子性状位点(molQT)调控机制的低重叠性特征研究
[图] molQTL与GWAS整合分析
结论：
1.构建首个鸡多组织调控图谱，揭示92.9%蛋白编码基因受QTL调控，且可变剪接遗传力最高。
2.不同 QTL 类型调控机制独立，受三维基因组结构（TAD/CTCF）约束。
3.组织/背景（性别、细胞类型）显著影响 QTL 效应，如血液 eQTL模式独特。
4.整合 GWAS 定位候选基因（如KPNA3 影响体重），并发现跨物种生长性状保守调控模块。
5.填补禽类功能基因组空白，为农业育种提供多组学靶点筛选框架。
参考文献：
Guan D, Bai Z, Zhu X, et al. Genetic regulation of gene expression across multiple tissues in chickens. Nat Genet. 2025 May;57(5):1298-1308. doi: 10.1038/s41588-025-02155-9.
