
家犬作为人类最早驯化的家养动物,和人类共享社会生活环境,具有丰富的情感、出色的与人类沟通交流的能力,是研究人类社会行为和神经精神类疾病的理想动物模型,但目前仍缺乏覆盖犬脑的基因调控元件的综合图谱。为此,研究团队用四只成年比格犬为研究对象,采集了七个主要脑区和垂体,构建了ATAC-seq图谱,并鉴定了251,492个候选顺式调控元件(CREs)。
研究发现,在解剖学中不同发育来源的脑区,可以通过染色质可及性,将其分为具有不同的基因表达调控模式的模块,包括纹状体、皮层相关、下丘脑/缰核以及垂体相关组群。区域特异性的调控元件主要富集在远端非编码区域,并与不同的转录因子程序和生物学功能相关,提示犬脑不同区域具有各自特异的调控网络。
进一步,研究团队将犬脑CRE图谱与犬狼遗传分化信号进行整合,鉴定出与高度分化基因组区域重叠的组织特异性CREs,其中包括与神经元和神经内分泌通路相关的位点。在与11种神经精神类疾病的全基因组关联研究(GWAS)数据整合分析后,结果显示,与皮层和纹状体组织特异性染色质区域相关的基因,对精神分裂症和双相情感障碍在内的的风险信号表现出富集。
综上,该研究揭示了犬脑的区域性顺式调控景观,从分子调控层面支持了将家犬作为研究神经精神疾病的动物模型。相关发现为后续深入解析犬脑区域功能、比较犬—狼遗传分化以及开展神经精神疾病跨物种研究提供了新的候选调控元件和基因线索。
该研究成果以Chromatin Accessibility Profiling of the Canine Brain Reveals Regulatory Programs Associated With Dog-Wolf Divergence and Human Psychiatric Risk为题发表于 Integretive Zoology上。昆明动物所2024级博士研究生邓彪、云南大学博士研究生巫俊泽、柳叶、李炫为文章共同第一作者,昆明动物所研究员张亚平、助理研究员张越东和云南大学助理研究员成睿为共同通讯作者。该研究得到了国家科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金及昆明市“春城计划”等项目的资助。
