PART.01｜研究背景介绍
复杂性状功能基因与变异的挖掘是解析其遗传基础的核心环节。近年来，以全基因组关联分析（GWAS）和多组织表达数量性状位点（eQTL）图谱为代表的群体遗传学研究，以及多组织的非编码功能元件注释的FAANG工作，为鉴定复杂性状的候选基因和变异，以及阐明其作用机制提供了重要的数据支撑。然而，无论是基于转录本丰度的eQTL分析，还是以调控元件功能注释为核心的研究，均主要聚焦于基因的转录调控层面。基因表达是一个涵盖转录、转录后调控及蛋白质降解等多环节的连续调控过程。已有诸多研究表明，mRNA表达水平与蛋白质丰度之间常呈现不一致性，且eQTL与蛋白质数量性状位点（pQTL）的遗传定位之间存在较大差异。这些证据表明，基因的转录后调控机制在基因功能最终实现中具有重要作用。翻译组是连接转录组与蛋白组的重要桥梁，因此，系统阐明转录后翻译调控对理解复杂性状的形成机制具有关键科学意义。
PART.02｜论文概要
2026年2月3日，中国农业科学院农业基因组研究所刘毓文研究员团队与广西大学赵云翔教授团队合作，在Advanced Science发表了题为“Multi-Tissue Omics Analysis Uncovers Translational Regulation Underlying Complex Traits in Pigs”的研究论文。该研究以猪为模式生物，整合中西方代表性猪种的多组织样本，围绕中心法则生成了涵盖基因组、转录组、翻译组与蛋白质组的多维度数据集，首次构建了猪跨品种及组织的基因翻译调控全景图谱，并系统解析了基因跨品种及组织的转录后翻译调控特征及规律，系统揭示翻译调控对表型变异的重要影响。最后，突破了仅利用转录组数据构建基因调控网络的局限，融合翻译组学、群体遗传学方法及功能实验，创新了复杂性状基因调控网络构建的新框架。应用该框架，在14个靶基因的5’UTR区域中共鉴定出33个调控猪产肉性状的翻译调控型功能变异。该工作不仅为猪产肉性状的分子育种提供了新靶点，也为从翻译调控层面深入阐释农业动物重要经济性状形成的分子基础，提供关键数据支持与理论框架。
PART.03｜主要研究成果
1. 猪16种组织转录组、翻译组和蛋白质组图谱构建
研究生成了大白猪（LW）与巴马香猪（BM）的WGS全基因组测序数据，以及涵盖多组织的转录组、翻译组与蛋白质组数据集。样本聚类与相关性分析结果表明，不同组学数据在生物学重复样本间均具有高度一致性。值得注意的是，无论是在样本间还是样本内，核糖体印迹读取数（RPF）与蛋白质丰度的相关性均显著高于mRNA与蛋白质丰度的相关性。说明了RPF 比 mRNA 更适合作为蛋白质丰度的代理指标，为研究复杂性状形成背后的翻译机制提供了有价值的视角。
2. 基因的转录信号在翻译层面被调节
研究表明，基因的mRNA和RPF信号不管在样本内还是样本间均存在显著的差异，这一动态变异揭示了翻译调控在调节转录信号中的重要作用。该研究通过对品种间基因mRNA与RPF差异的系统分析，结果表明，在每个组织中翻译调控补偿型和/或增强型相互作用的基因集均显著富集，这说明翻译调节增强或缓冲基因转录信号是一种常见现象。研究通过进一步整合蛋白质组学数据，发现这种翻译调控层面的转录信号补偿或增强机制直接影响了品种间蛋白质丰度差异，以上发现说明了转录后翻译调控对塑造品种间表型差异的潜在重要作用。
3. 基因翻译效率的动态变异是翻译调控的关键机制
该研究通过对不同组织翻译效率（TE）动态变化范围的计算（TE-fold），发现TE-fold分布具有显著的组织特异性。例如，在LW猪中，TE-fold在肝脏组织为17.3，而在脑组织为43.6，但组织的TE-fold具有跨品种的保守性。此外，在所有组织中，TE-fold始终比mRNA-fold更小。这种变异差异可能反映了它们不同的调控水平：mRNA丰度受广泛的转录波动影响，而TE则受到核糖体募集和延伸的生化限制，导致其动态范围相对较小。值得注意的是，跨组织的基因mRNA丰度与TE呈显著负相关。大肠杆菌中也报道了类似的发现，这表明这种负相关性可能是原核和真核生物中保守的调控策略，该策略可能有助于维持蛋白质合成的稳态。此外，通过整合蛋白组数据，研究进一步计算了不同品种间蛋白丰度倍数变化与mRNA倍数变化的比值，结果强调了TE对蛋白质输出的显著调节作用。
4. 基因的翻译效率受多种因素调节
深入了解TE变异的调控机制有助于揭示复杂性状的遗传基础，该研究系统评估了基因序列长度、uORF、dORF及可变剪切对基因TE的影响。结果表明，TE与5'UTR和3'UTR长度均呈显著负相关，而与CDS长度显著正相关；有意思的是，研究发现具有更多翻译uORF数量的基因表现出较低的CDS TE，而具有更多dORF数量的基因表现出较高的CDS TE，这些蛋白质编码基因很少同时具有活跃翻译的uORF和dORF，这说明uORF和dORF对CDS TE的调控机制可能存在差异。研究进一步发现TE较高的基因5’UTR含有较少的uAUG, 且3'UTR 的miRNA 结合位点较少。这些结果表明，较短的 UTR 可能通过减少翻译抑制元件（例如 uAUG 和 miRNA 结合位点）来增强 TE。最后，研究系统表征了基因不同可变剪切类型对基因TE的影响差异。
5.整合翻译组和转录组学数据提升基因调控网络的精度
基于翻译调控对最终蛋白丰度的重要影响，说明整合转录组学和翻译组学数据对更精确阐明复杂性状基因调控网络的重要性。该研究基于转录因子和靶基因表达矩阵构建了三种类型的GRN：仅转录组数据的 GRN (MmGRN) 和仅翻译组数据GRN (TtGRN)，融合翻译组和转录组数据的 GRN (TmGRN)。随后，基于以上三个网络的融合构建了一个高置信度的融合网络（MF GRN），该网络涵盖了 81123 个可靠的转录因子 - 靶基因调控关系对。最后，该研究聚焦猪的产肉相关性状，进一步通过多维度生信分析，在骨骼肌和脂肪组织中证明了MF GRN在解析复杂性状遗传基础的更优精度。
6.功能实验筛选调控猪产肉性状的核心基因调控网络
鉴定复杂性状或疾病相关的调控变异对于阐明其遗传基础至关重要。因此，精细定位性状相关功能变异和基因在揭示性状遗传机制中发挥着关键作用。为了进一步提高MF-GRN的精确度，该研究进一步结合群体遗传学和功能实验，聚焦肌肉组织MF GRN中9靶基因及脂肪组织MF GRN 43个靶基因的5’UTR区域，进行了的产肉性状关联SNPs的筛选，通过双荧光素酶报告基因实验在脂肪组织中鉴定到29翻译效率调控型SNPs,在肌肉组织鉴定到4个翻译效率调控型SNPs。最终，利用这些翻译调控功能型变异进一步聚焦了产肉性状调控的核心网络，并通过分子生物学实验验证了靶基因MYO18B和AQP4在骨骼肌发育中的重要功能。
PART.04｜总结
本项研究首次构建了畜牧动物跨品种的多组织翻译调控图谱，系统解析了猪跨品种及组织的基因翻译调控特征及规律，阐明了转录后翻译调控对复杂性状性状的重要调控机制，并从翻译调控的视角为复杂性状遗传调控网络的构建提供了新方法。总之，本研究既为探索翻译调控的普遍规律提供了宝贵数据资源，也为系统解析其在复杂性状形成中的作用贡献了具有广泛适用性的方法论框架。
PART.05｜作者及基金信息
中国农科院深圳基因组研究所博士后王超、博士生张圆圆、博士生陈畴霖和广西大学博士生徐晓睍为该论文共同第一作者，中国农科院深圳基因组研究所刘毓文研究员和广西大学赵云翔教授为该论文共同通讯作者，丹麦奥胡斯大学房灵昭博士给予了指导。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、中国农业科学院基础研究中心创新计划、中国农业科学院农业科技创新计划、深圳市科技计划和国家自然科学基金青年科学基金项目（C类）等项目的资助。
