近日，《先進(jìn)·科學(xué)（Advanced Science）》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）、佛山鯤鵬現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院唐中林團(tuán)隊(duì)的研究論文，題為“LncRNA-MEG3 Regulates Muscle Mass and Metabolic Homeostasis by Facilitating SUZ12 Liquid-Liquid Phase Separation”。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA-MEG3通過(guò)促進(jìn)SUZ12的LLPS，穩(wěn)定PRC2復(fù)合體并增強(qiáng)H3K27me3修飾，從而抑制Fhl3和Rnf128等關(guān)鍵基因的表達(dá)，調(diào)控骨骼肌線粒體生成、脂質(zhì)代謝和肌纖維類型轉(zhuǎn)換。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNA, lncRNA）是一類不編碼蛋白質(zhì)但在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中發(fā)揮重要生物學(xué)功能的RNA分子。母源表達(dá)基因3（Maternally Expressed Gene 3，MEG3）是一種高度保守的lncRNA，已被證實(shí)在細(xì)胞增殖、分化、凋亡以及組織發(fā)育等過(guò)程中發(fā)揮重要功能。近年來(lái)，lncRNA-MEG3在哺乳動(dòng)物骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育中的作用逐漸受到關(guān)注。2017年，團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析貴州小型豬出生后0天、30天和240天三個(gè)關(guān)鍵發(fā)育時(shí)期的RNA-seq，首次發(fā)現(xiàn)lncRNA-MEG3在豬出生后骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用。2018年，團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)豬、人和小鼠的基因組序列比對(duì)與功能注釋，發(fā)現(xiàn)lncRNA-MEG3在物種進(jìn)化中高度保守，具有跨物種的生物學(xué)功能，特別是在骨骼肌發(fā)育調(diào)控方面的重要性。基于此，我們對(duì)lncRNA-MEG3在豬群中進(jìn)行遺傳多態(tài)性和單倍型分析，發(fā)現(xiàn)其與背膘厚度以及達(dá)到100千克體重日齡顯著相關(guān)，表明其lncRNA-MEG3不僅調(diào)控肌肉生長(zhǎng)發(fā)育，還可能通過(guò)影響脂肪代謝與能量平衡影響瘦肉率、肉品質(zhì)和生長(zhǎng)速度等產(chǎn)肉性狀。

在本研究中，唐中林團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步深入探討了lncRNA-MEG3在骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育中的作用機(jī)制。首次發(fā)現(xiàn)lncRNA-MEG3能夠促進(jìn)SUZ12的LLPS，增強(qiáng)其與EZH2和EED的互作。這種互作有助于PRC2的穩(wěn)定性與功能活性，從而促進(jìn)其對(duì)組蛋白H3第27位賴氨酸的三甲基化修飾（H3K27me3）的催化作用。H3K27me3是一種經(jīng)典的表觀遺傳抑制標(biāo)志，其增強(qiáng)意味著相應(yīng)下游基因表達(dá)的抑制。

通過(guò)CUT&Tag（Cleavage Under Targets and Tagmentation）與RNA-seq分析，明確了兩個(gè)關(guān)鍵下游靶基因Fhl3和Rnf128受lncRNA-MEG3調(diào)控。這兩個(gè)基因分別參與線粒體生物發(fā)生、脂質(zhì)代謝、以及肌纖維類型的轉(zhuǎn)換。LncRNA-MEG3通過(guò)調(diào)控Fhl3和Rnf128影響骨骼肌細(xì)胞的能量代謝和肌肉質(zhì)量等。

此外，利用肌肉損傷模型進(jìn)一步驗(yàn)證了lncRNA-MEG3的功能。在過(guò)表達(dá)lncRNA-MEG3的實(shí)驗(yàn)組中，觀察到肌肉內(nèi)脂肪沉積顯著減少，同時(shí)肌纖維結(jié)構(gòu)趨于均勻化，肌肉組織的氧化代謝能力提升，表現(xiàn)為更高比例的慢肌纖維類型。這種重塑效應(yīng)不僅改善了肌肉功能，還在形態(tài)和代謝層面提高了肉品質(zhì)量指標(biāo)，如嫩度、水分保持力和風(fēng)味物質(zhì)沉積。

這些研究系統(tǒng)闡明了lncRNA-MEG3在豬骨骼肌發(fā)育、脂質(zhì)代謝調(diào)控以及肉質(zhì)性狀形成中的作用機(jī)制。它不僅通過(guò)表觀遺傳調(diào)控骨骼肌中的基因表達(dá)，還可作為分子育種標(biāo)記，用于提高肉質(zhì)、降低脂肪沉積，從而改良豬肉的產(chǎn)量和品質(zhì)。

為了深入探究lncRNA-MEG3在骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)肉性狀調(diào)控中的作用機(jī)制，本研究采用多種體內(nèi)動(dòng)物模型結(jié)合多組學(xué)技術(shù)，構(gòu)建了系統(tǒng)性的研究體系。分別利用lncRNA-MEG3轉(zhuǎn)基因小鼠、MDX小鼠模型、CTX（cardiotoxin）誘導(dǎo)的急性肌肉損傷模型、GLY（glycerol）誘導(dǎo)的肌內(nèi)脂肪沉積模型以及AAV9介導(dǎo)的過(guò)表達(dá)/干擾系統(tǒng)，全面評(píng)估lncRNA-MEG3在不同肌肉生理狀態(tài)中的功能。其中，轉(zhuǎn)基因lncRNA-MEG3小鼠在骨骼肌中表現(xiàn)出顯著的表型變化：肌肉中慢肌纖維（Type I fibers）比例明顯增加，線粒體數(shù)量和活性增強(qiáng)，脂滴積累減少，運(yùn)動(dòng)耐力顯著提升，提示lncRNA-MEG3具有調(diào)控肌纖維類型轉(zhuǎn)換、促進(jìn)氧化代謝與抗疲勞的潛能。為實(shí)現(xiàn)lncRNA-MEG3在特定組織和時(shí)間的精準(zhǔn)調(diào)控，利用AAV9病毒在骨骼肌組織中的高效感染特性，作為lncRNA-MEG3基因遞送的理想載體。分子層面上，通過(guò)RNA-seq分析lncRNA-MEG3和SUZ12干預(yù)后骨骼肌中差異表達(dá)基因的表達(dá)譜變化，并分析明確其潛在作用通路。進(jìn)一步利用CUT&Tag技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵表觀遺傳修飾H3K27me3在全基因組范圍內(nèi)的分布進(jìn)行高分辨率檢測(cè)，從而揭示lncRNA-MEG3調(diào)控染色質(zhì)狀態(tài)的潛在機(jī)制。結(jié)果顯示，lncRNA-MEG3能夠促進(jìn)PRC2復(fù)合體核心組分SUZ12的LLPS，增強(qiáng)其與PRC2其他成員（如EZH2、EED）之間的相互作用，從而穩(wěn)定PRC2復(fù)合體結(jié)構(gòu)，催化H3K27me3修飾，引發(fā)相關(guān)靶基因的沉默。在靶基因?qū)用妫現(xiàn)hl3和Rnf128作為PRC2復(fù)合體的直接作用目標(biāo)，在lncRNA-MEG3高表達(dá)時(shí)顯著下調(diào)，這些基因分別參與線粒體生物發(fā)生、脂質(zhì)代謝、肌纖維類型轉(zhuǎn)換和肌肉萎縮等關(guān)鍵過(guò)程。綜合動(dòng)物表型與分子機(jī)制研究結(jié)果，表明lncRNA-MEG3通過(guò)表觀遺傳調(diào)控手段促進(jìn)氧化型肌纖維生成、增強(qiáng)線粒體功能、減少脂質(zhì)沉積并提升肌肉耐力，其作為肌肉質(zhì)量調(diào)控與豬肉品質(zhì)改善的潛在分子靶點(diǎn)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）唐中林研究員為通訊作者。佛山鯤鵬現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院博士后姚一龍、基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）博士后閆超、基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）副研究員黃海波、基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）與廣西大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生王世隆為該論文的共同第一作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院重大任務(wù)等項(xiàng)目資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202417715