FarmGTEx (Farm Animal Genotype-Tissue Expression) 项目是一个宏大的国际科研计划（迄今涵盖全球90多所大学和研究机构），旨在系统揭示农业动物遗传变异对基因表达的遗传调控机制，覆盖16种陆生和水生经济动物（如牛、猪、鸡等），通过对多种农业动物进行多组织、多组学（特别是基因组和转录组）的大规模分析，构建遗传调控效应图谱。
FarmGTEx项目通过系统解析农业动物基因表达的遗传调控机制，致力于填补从基因型到表型之间的认知空白。它产生的大量数据、创新方法和强大工具，将为动物育种和生物医学研究带来深远影响。华南农业大学作为国内唯一通讯单位的国际大科学计划 FarmGTEx白皮书，以 Perspective文章形式荣登《Nature Genetics》。
PART.01为什么关注农场动物？
农场动物不仅是人类餐桌上的重要来源，更是生命科学的宝藏！
🐂牛可用于病毒感染（例如呼吸道合胞病毒和乳头瘤病毒）的研究
🐖 猪可用于鉴定多种疾病的有效治疗方法以及作为异种移植的器官供体
🐑绵羊已被提议作为心血管和神经退行性疾病的模型
🐓鸡可用于自发性卵巢癌和胚胎发育机制的研究，为女性健康研究提供关键线索
“这些动物经历了万年驯化，基因多样性远超实验室小鼠，却长期被科学界忽视。”
PART.02FarmGTEx计划：给农场动物做一次“全身CT”
这项由14个国家91个研究机构联合发起的计划，旨在绘制全球首张多物种基因调控网络图谱：
规模空前：
收集16种经济动物（包括8种哺乳动物（牛、猪、山羊、绵羊、马、兔、骆驼和驴）、5种禽类（鸡、鸭、鹅、火鸡和鸽子）以及3种鱼类（大黄鱼、大西洋鲑鱼和虹鳟））的1000只健康成年个体+ 200只特殊环境个体；
精度革命：
对每只动物采集50种组织样本，涵盖肌肉、大脑、生殖系统等关键器官；
技术组合：
结合基因组测序（WGS）、转录组（RNA-seq）、表观遗传等多组学技术。
本文概述了FarmGTEx项目三个阶段的具体目标与里程碑。星号表示这些物种的试点阶段已完成。Indel指短插入缺失（长度小于50个核苷酸）；SNP为单核苷酸多态性；SV代表结构变异。
PART.03三个阶段揭开基因奥秘
试点期（2018-2025）
1） 旨在探索组织和品种特异性对基因表达及可变剪接的调控作用；
2）成功发布了牛、猪和鸡的多组织与多品种分子数量性状基因座（molQTL，主要为eQTL与sQTL）图谱。
进阶期（2025-2030）
1) 致力于揭示性别与发育特异性调控效应；
2) 通过收集大规模的涵盖性别和发育阶段的多组织RNA测序数据及配对的WGS数据和元数据（metadata），为探究性别和发育阶段在基因表达中的遗传调控效应奠定基础。
未来期（2030-2035）
1）引入环境变量：高温、病原体感染等胁迫下的基因响应；
2) 收集多个物种（包括牛、绵羊、山羊、猪、兔和鸡）50种组织的单细胞/单细胞核RNA-seq样本，构建养殖动物细胞图谱。
3）还将考虑其他表观数据，包括DNA甲基化、染色质可及性、蛋白质丰度和代谢物图谱。
PART.04核心分析流程概览
FarmGTEx项目采用了一套系统且不断演进的分析方法来解析农业动物的基因调控机制。其核心分析流程涵盖了从原始数据生成到最终生物学洞见的全过程，并针对农业动物数据的特点（如群体结构、复杂亲缘关系）进行了优化。主要的数据分析任务包括基因变异检测、分子表型定义与定量、缺失数据填充、批次效应推断与移除、以及molQTL 作图与精细解析。
a-e，流程图突出显示数据生成与分析的关键阶段和方法贯穿FarmGTEx的三个阶段，包括基因变异检测（a）、分子表型定义与定量（b）、缺失数据填充（c）、批次效应推断与移除（d）、以及molQTL 作图与精细解析（e）。
PART.05科学价值：农业与医学的双赢
FarmGTEx资源对基础生物学（例如性别与发育特异性基因调控）、动物精准育种、局部环境适应性、驯化及人类健康等领域具有潜在的科学与社会影响（图3）。将通过多种统计方法——包括转录组关联分析（TWAS）、共定位分析、孟德尔随机化以及人工智能（AI），将FarmGTEx中获取的特定环境分子数量性状位点（molQTL）与全基因组关联研究（GWAS）结果相结合。这将能够在适当的生物学环境中，系统地将分子表型与复杂表型联系起来，从而识别参与表型测定的基因、组织及机制。
通过分析基因变异在不同生物学环境（如性别与发育阶段）中调控效应的动态变化，有助于深化遗传学、发育过程及性别因素如何影响复杂表型的认知。
PART.06全民共享的科学宝藏
所有数据免费公开！您可通过四大平台获取相关数据：
公共数据库：
如NCBI-SRA、CNCB-NGDC-GSA和EMBL-ENA
FarmGTEx中心门户
在线分析工具：
PigGTEx
ChickenGTEx
表型关联查询：
PigBiobank
“就像‘动物版人类基因组计划’，这是一份留给未来的生命密码本。”
PART.07结语：从农场到未来
当科学家为牛、猪、鸡的基因“解码”，不仅是在优化一碗牛奶、一块牛排——更是在探寻生命演化的核心逻辑，守护人类健康的下一站。FarmGTEx，让沉默的农场动物，开始讲述生命的奥秘。
FarmGTEx项目预期将取得以下关键成果：
(1) 揭示跨生物情境、环境条件和进化时间尺度的基因表达调控新机制：这包括近期人工选择（如品种间选择）和长期进化过程（如物种和亚种内进化）背后的遗传机制。例如，项目已发现猪的脂肪沉积调控基因与人类肥胖基因存在保守性。
(2) 构建情境特异性调控效应目录以解析复杂性状的因果变异：该目录将涵盖复杂表型、局部环境适应和驯化过程中的因果变异、基因及机制。例如，试点阶段已在牛、猪、鸡中鉴定出大量eQTL和sQTL，其中猪的sQTL数据成功定位了20个与经济性状相关的调控元件。
(3) 提供统一处理的多组学数据集以开发先进基因组方法：这些数据将支持人工智能等整合性基因组学方法的发展，优化基因优先级排序和复杂表型的基因组预测。例如，将eQTL纳入基因组预测模型后，奶牛产奶量的预测精度提升了12%。
(4) 开发功能强大的网络平台以加速功能验证：平台将支持查询、可视化及结果下载，并推动体外/体内功能实验（如大规模并行报告基因检测和CRISPR编辑）的进展。项目已建立牛、猪、鸡的专属数据库。
展望未来，FarmGTEx联盟将通过开发精准育种策略，推动高效、健康且环境友好的养殖动物选育。这一多学科合作还将通过深入的比较基因组学和生物学分析，为农业动物模型在人类生物医学领域的创新应用开辟道路。例如，高睾酮肉牛已被确立为人类多囊卵巢综合征（PCOS）的天然模型，绵羊妊娠期代谢数据也可用于镇痛药安全性评估。
