PART.01 引言：揭开基因组印记的神秘面纱
鸡（Gallus gallus）作为重要的家禽物种，不仅提供了高性价比的动物蛋白来源，也是进化与发育生物学研究的关键模型，并在2023年，完成了首个端粒到端粒的完整基因组组装。然而，基于单一品种的参考基因组难以全面揭示不同鸡种间的遗传多样性，尤其在大规模的结构变异层面。
近日，华南农业大学的顶尖科研团队牵头，联合了江苏省家禽科学研究所、海南省农业科学院等专业研究机构，共同完成了鸡泛三维基因组图谱的绘制与深度解析工作，并在《Advanced Science》发表了题为《Pan-3D Genome Analysis Reveals the Roles of Structural Variation in Chicken Chromatin Architectures, Domestication and Production Traits》的研究论文。该研究首次构建了鸡的泛三维基因组图谱，系统揭示了结构变异通过调控染色质三维结构影响鸡驯化与生产性状的分子机制，为家禽三维基因组研究和精准育种提供了“三维结构级”的范式参考。
PART.02 主要成果
1. 泛三维基因组谱的绘制
研究人员基于 HiFi 长读长和 Hi-C 测序技术，从头组装了 15 个覆盖中国主要地理区域的地方鸡种染色体水平基因组，且成功组装出与鸡 T2T 参考基因组一致的染色体类型（10 条大染色体、19 条微染色体、10 条点染色体） (图1a, c, d)。
研究人员通过整合这 15 个新组装基因组和 13 个已发表高质量基因组，构建了包含 28 个全球鸡品系（涵盖红原鸡、商用蛋鸡 / 肉鸡、地方鸡种）的泛基因组。该泛基因组具有高度代表性，其遗传模式与全球家鸡群体数据集呈现高度相似的分布特征，且相关性极显著（p<0.001）。该研究共鉴定出 28443 个泛基因家族，进化分析显示，高度保守家族具有更高的 dN/dS 比值和更低的核苷酸多样性（Pi），这个现象提示，鸡的这些基因经历了长期正选择，随后又发生了近期选择性清除。 (图1e, 图2a-g)：（dN 代表非同义替换速率，指可引起氨基酸序列改变的核苷酸突变速率；dS 代表同义替换速率，指不改变氨基酸序列的沉默突变速率。二者的比值 dN/dS 是判断基因受到自然选择类型的核心指标：dN/dS > 1 提示基因受到正选择，有利于适应性进化；dN/dS ≈ 1 为中性进化；dN/dS < 1 则表明基因受到强烈的纯化选择，以维持功能稳定）
2. 泛基因组中新序列与结构变异（SV）的全基因组景观
该泛基因组相比鸡 T2T 参考基因组，捕获了 200.04 Mb 的新序列（每个样本 13.96~44.34 Mb），新序列的串联重复（TR）和转座元件（TE）占比，显著高于基因组常规序列，且新序列中的基因富集于骨骼肌相关通路，与育种选择的生产性状密切相关。
基于该泛基因组，研究人员共鉴定出 8.1 万余个高置信度 SV；相对于 T2T 参考基因组，每个新组装基因组的新序列平均检测率约 2.73%，充分证明了泛基因组对单一参考基因组中缺失的隐藏遗传信息的强大捕获能力（图 2h-i）。（图2k-m）展示了SV的类型、大小分布及其极低的保守性（<3%为所有个体共有），暗示SV是产生快速遗传多样性的主要驱动力。
3.高分辨率鸡泛三维基因组图谱的构建与特征
为解析基因组变异如何塑造三维基因组结构，本研究继续整合 15 个鸡基因组的 Hi-C、ATAC-seq 和 RNA-seq 数据，进行多组学分析，构建了首个鸡泛三维基因组图谱。作者发现，SV在高度保守的TAD边界（Topologically Associating Domain, 拓扑关联结构域）被显著“清除”。这表明TAD边界是三维基因组中功能至关重要的“承重墙”，其结构受到强烈的纯化选择保护，不容轻易被SV破坏。
全基因组范围内，染色质环的保守性与 SV 覆盖度呈显著负相关，和TAD边界的规律完全一致。高度保守的核心型染色质环中，SV 被显著清除（耗竭），说明核心环作为基因组关键调控单元，受到极强的纯化选择保护，绝大多数发生在核心环的 SV 都会因有害效应被选择淘汰。但一旦有 SV 成功在核心环中保留下来，就会直接改变核心调控通路，带来巨大的表型效应，这些极少数的 SV，恰恰就是人工驯化 / 育种的核心靶点(图3q)。
4. TSHR-DIO2轴是鸡驯化过程中人工选择的核心靶点
通过基因组选择信号扫描，5 号染色体上TSHR（促甲状腺激素受体）和DIO2（2型碘甲腺原氨酸脱碘酶）两个关键基因被鉴定出来（图 4e）。通过进一步的泛 SV 数据集的深度挖掘，研究人员在 TSHR 基因内部鉴定到一个240 bp 的INS，该变异仅存在于野生红原鸡中，是区分野生与家养群体的标志性变异（图 4f）。同时，在DIO2基因区域鉴定到一个81 bp 的DEL，该变异在所有家鸡群体中被快速固定，而在红原鸡中频率极低。 (图4a-l)
本研究证实了鸡的人工选择是通过清除 TSHR 的 240 bp 插入变异和 固定DIO2 的 81 bp 缺失，重塑了该核心环路的互作网络，导致下游基因表达模式改变，从而抑制了家鸡的季节性繁殖行为，使其能够全年稳定产蛋（图 4j-l）。
5. SV通过“重写”染色质环影响胴体性状
本研究还在KLF3 基因上游鉴定到一个 266 bp 缺失变异，是传统 SNP 检测无法捕获的隐藏遗传位点，可显著负调控鸡的胴体性状；进一步分析发现，该缺失通过重写染色质环互作网络改变远程调控关系，下调 KLF3 以及通过染色质环远程调控的Tbc1d1、PGM2等代谢相关基因的表达，最终降低肉鸡的胴体性能。
6. SV提升基因组选择预测准确性
将结构变异（SV）纳入基因组选择模型，可显著提升鸡重要经济性状的预测精度，尤其对生长和胴体性状效果突出，为 SV 作为新型分子标记应用于家禽精准育种提供了坚实的理论依据和数据支撑。
PART.03 总结
研究整合了15个新组装和13个已发表的高质量鸡基因组，并首次结合Hi-C、ATAC-seq、RNA-seq多组学数据，绘制了首个能同时反映基因、结构变异和三维染色质结构的“泛三维基因组”图谱。
锁定了驯化关键靶点“TSHR-DIO2轴”：明确了野生原鸡TSHR基因中的 240 bp 插入、DIO2基因中的 81 bp 缺失，是家鸡驯化过程中受强人工选择的关键变异。
发现结构变异“重写”染色质环的新机制：KLF3基因上游一个266-bp缺失会降低KLF3及其远端基因Tbc1d1和PGM2的表达，影响肉鸡屠宰性状。
证实结构变异提升基因组选择育种精度：在预测鸡生产性状的基因组选择模型（SVC、GBLUP、ssBLUP、rrBLUP ）模型中，单独加入结构变异信息（相比SNP）可显著提高预测准确性（尤其对生长和肉鸡屠宰性状），证明了其作为新型分子标记在精准育种中的直接应用价值。
