鸡胸肌组织发育过程中差异基因的筛选及功能验证

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鸡肉在我国肉类消费结构中占有重要地位,产肉性状一直是鸡遗传育种研究领域的热点。我国地方鸡种具有独特的基因资源,如何从功能性转录组和调控性转录组层面来解析肌肉生长发育的分子调控机制,将成为鸡遗传改良工作的重要突破口。对不同生长发育时期肌肉组织转录水平上的分析,有助于了解该组织生长发育相关基因和调控因子之间所参与的分子调控机制。本试验利用RNA-seq技术对不同发育时间点胸肌组织的mRNAs和lncRNAs进行了系统地筛选和分析,筛选与肌肉生长发育相关的lncRNAs和mRNAs并构建两者的分子调控网络,初步探讨lncRNAs与mRNAs在调控肌肉发育方面的关系;另外,在筛选到的差异基因中,本试验选择GPR133和SH3BP5基因在细胞水平上进行功能验证,首先通过克隆技术得到与肌肉生长发育相关基因GPR133的两个转录亚型,并在细胞水平上验证了GPR133的两个转录亚型以及差异基因SH3BP5的功能。主要研究结果如下:(1)在49个测序文库中总共获得了817.74 Gb原始数据(Raw data),其中约有706.32 Gb的高质量读段(Clean data)达到质控标准被保留下来,最终产生的高质量读段有74%~88.8%的Reads能比对到鸡基因组上。通过对Clean Reads的比对和组装,共鉴定出17905个编码蛋白mRNAs和28032个定位到基因组位置的lncRNAs,其中包括9594个基因区的lncRNAs和15946个基因间区的lncRNAs。与lncRNAs相比,mRNAs转录本具有长度更长、所含外显子数目更多、表达水平更高的特征,而在染色体分布方面,大部分的mRNAs和lncRNAs都分布在鸡大型染色体上,具有明显的倾向性。根据mRNAs表达量层次聚类、主成份分析以及mRNAs和lncRNAs表达量的相关性分析发现各样本生物学重复间的相关性较高。(2)在胚胎发育中期、胚胎发育后期、生长发育旺盛期及成年期中分别有1020、294、165和299个高表达的基因;随着生长发育的进行,大部分差异表达的mRNAs和lncRNAs总体呈现下调趋势;在300天肌肉组织中筛选到263和131个特异表达的mRNAs和lncRNAs;通过进一步的筛选,得到82和34个与肌肉生长发育强相关的mRNAs和lncRNAs。通过对这些肌肉特异性表达或与生长发育强相关mRNAs的功能预测发现,许多编码蛋白的基因显著富集到转录调控以及与肌肉生长发育和代谢相关的生物学过程和信号通路中,表明这些基因可能参与肌肉生长发育和代谢过程。(3)通过构建肌肉特异性mRNAs和lncRNAs的共表达调控网络,总共得到了5个共表达网络图和网络图中一些核心的mRNAs和lncRNAs,其中一些lncRNAs与一个或多个mRNAs有直接的交互作用。例如lncRNAs TU124209与MYOG,TU60015与SRBD1和MYOC(肌纤蛋白)都有直接的交互作用。(4)利用RACE-PCR结合RT-PCR的方法克隆得到了鸡GPR133基因两个大小分别为3385和3289 bp的转录亚型GPR133-va和GPR133-vb,其中GPR133-va保留了所有的26个外显子,而GPR133-vb则通过外显子4跳跃的可变剪切方式产生。两个亚型的预测蛋白结构都含有3段保守结构域,分别是N端的Lam G和GPS,以及C端的G蛋白偶联受体家族典型的七次跨膜结构域7TM。对GPR133基因两个转录亚型在鸡31个器官组织中的表达谱分析发现,两个亚型在多个器官组织中都有较高表达。(5)分别将GPR133基因不同转录亚型的特异性干扰si RNA片段转染至鸡卫星细胞中发现,干扰GPR133基因两个转录亚型后,卫星细胞增殖数都变少,相关增殖和分化标记基因的表达量也显著下调,表明GPR133基因的两个转录亚型可以促进鸡卫星细胞的增殖和分化。(6)在鸡卫星细胞中过表达SH3BP5基因后,细胞增殖数目减少,细胞增殖标记基因CCNB2表达量下调,P21基因表达量上调;另外,过表达SH3BP5基因后抑制了相关成肌分化标记基因的表达,结果说明SH3BP5基因可以抑制鸡卫星细胞的增殖和分化。本研究从转录组层面初步解析家鸡肌肉各个生长发育阶段的分子差异,构建了lncRNAs与mRNAs的分子调控网络,并对差异基因GPR133的不同转录亚型以及SH3BP5的功能进行了初步验证,丰富了家禽胚胎期以及胚后期转录遗传信息,为我国地方鸡种的先天选育提供遗传资源和分子理论基础。
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