我国是全球最大的生猪养殖和猪肉消费国，猪肉产量及品质关乎国家食品安全与人们生活质量。2020年国务院办公厅对畜牧业高质量发展进行了顶层部署，对猪肉产品质量提出了更高的要求。猪肉品质的形成从本质上取决于肌肉生长和脂肪沉积。脂肪组织是调节和维持机体能量平衡的储存站，同时还是重要的内分泌器官。猪体脂沉积过多会降低饲料利用率，提高生产成本；脂肪沉积过少则导致动物免疫力低下，易感染疾病和繁殖性能下降等一系列问题。而在人类中，脂肪沉积异常也容易导致肥胖发生，并大大增加代谢疾病发生的风险，如2型糖尿病、心血管疾病和非酒精性脂肪肝等。肌肉是哺乳动物体内最丰富的组织之一，肌肉的生长发育直接决定猪肉的产量和品质，是重要的经济性状。而人类的成肌分化成受损可导致肌营养不良和肌肉再生异常，甚至产生严重的代谢障碍。因此深入探究脂肪沉积和成肌分化过程对于调控猪肉品质形成具有重要意义。同时，由于猪与人类在解剖学、生理学及基因组等方面的相似性，是研究人类疾病的重要生物医学模型。该研究可为人类医学中肥胖发生、肌肉功能障碍和代谢紊乱等疾病研究提供重要参考。
王新霞课题组长期致力于“动物营养与肉品质表观遗传调控”的基础和应用基础研究。课题组前期多项研究发现mRNA m6A与脂肪沉积及肌纤维类型转换关系密切，对猪肉品质形成具有重要调控作用。5-甲基胞嘧啶（m5C）是近年发现的另一种在哺乳动物mRNA上广泛分布的甲基化修饰，已有研究显示，mRNA m5C修饰在植物高温适应、干细胞发育、肿瘤发生和母体-合子转换中发挥关键作用，但其在脂肪组织和肌肉组织中的作用仍不清楚。
2022年8月12日，动科院王新霞课题组在Cellular and Molecular Life Sciences发表题为“mRNA m5C inhibits adipogenesis and promotes myogenesis by respectively facilitating YBX2 and SMO mRNA export in ALYREF-m5C manner”的研究论文。该研究首次揭示了mRNA m5C修饰在猪脂肪沉积和成肌分化过程中的关键作用。
本研究以肉脂型金华猪、瘦肉型约克夏猪及中间型杂交猪约克夏-金华猪为模型，首次从全转录组范围绘制了三种猪的脂肪组织和肌肉组织的mRNA m5C单碱基分辨率图谱（图1）。通过对三种猪的脂肪和肌肉组织中的mRNA m5C修饰基因进行PCA主成分分析、聚类分析以及功能富集分析发现，mRNA m5C修饰具有组织特异性，高甲基化修饰基因与脂肪沉积减少和成肌分化增强相关。通过体外成脂和成肌分化实验进一步证实了mRNA m5C可抑制成脂分化，促进成肌分化。为了进一步探究mRNA m5C是如何调控脂肪生成和成肌分化，该研究分离了前体脂肪细胞和肌卫星细胞进行RNA-Bis-Seq测序。通过对组织和细胞的RNA-Bis-Seq数据进行联合分析，筛选并鉴定得到了m5C修饰基因YBX2和SMO可作为调节脂肪生成和成肌分化的潜在靶点。利用核质分离、MeRIP-qPCR、RIP-qPCR等方法，证明了阅读蛋白ALYREF通过识别含有m5C修饰的YBX2和SMO mRNA，将其从细胞核转运到细胞质中，从而导致YBX2和SMO蛋白表达增加，进而抑制脂肪生成和促进成肌分化（图2）。
图1：三种猪的脂肪组织和肌肉组织的mRNA m5C单碱基分辨率图谱
图2：YBX2和SMO分别以m5C依赖性方式抑制脂肪生成和促进成肌分化
综上所述，该研究揭示了mRNA m5C通过ALYREF-m5C-YBX2和ALYRE-m5C-SMO方式在调节猪脂肪沉积和成肌分化中发挥关键作用，这为通过营养靶向RNA表观遗传修饰调控猪肉品质形成提供理论基础，对于促进生猪养殖高质量发展具有重要意义。
浙江大学动物科学学院王新霞教授为论文通讯作者，博士生刘有华为论文第一作者。中国科学院北京基因组研究所杨莹副研究员、博士生高纯纯、韩潇共同参与了研究工作。该研究得到浙江省自然科学基金重点项目（LZ22C170002）、国家自然科学基金（U21A20249）、中央高校基础研究基金（2019XZZX003-13）等项目的资助。
原文链接：DOI: 10.1007/s00018-022-04474-0