仔猪早期环境适应性相关microRNA的鉴定及其功能验证研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zml19881209
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新生哺乳动物在出生时面临从母体子宫内到子宫外环境的巨大转变,需要机体各个脏器系统迅速的适应性发育,以此顺利地完成从胎儿到新生个体的过渡。miRNA是一类内源性短链非编码RNA,可通过种子序列与m RNA的3’UTR结合降解或者抑制靶基因的表达。近年来研究发现miRNA在哺乳动物机体发育中发挥重要作用,然而其在新生哺乳动物早期宫外环境适应中的作用及机制研究甚少。本研究对妊娠113天和出生后6小时仔猪的6种组织(心脏、肝脏、脾脏、肺、背最长肌和十二指肠)进行了small RNA测序,挖掘参与新生仔猪产后早期宫外适应相关的miRNA,并通过体外miRNA过表达与抑制实验验证miRNA参与产后早期宫外适应的潜在机制。本研究的主要结果如下:(1)本研究通过对出生前和出生后仔猪6种组织35个样本进行small RNA建库测序,共产生491.16 million(M)的Raw reads,平均每个样本数据量为14.03 M(14.03±1.38 M,n=35)。经过数据过滤,共产生467.33 M的Clean reads用于miRNAs的鉴定,平均每个样本获得13.35 M(13.35±1.6 M,n=35)的高质量数据。使用miRDeep软件,共计鉴定出971个miRNAs前体以及相对应的1511个成熟体miRNAs。(2)利用组织特异表达模式分析,在35个测序样本中共鉴定出881个组织特异性表达的miRNAs(包含141个‘Known’miRNAs,483个‘Conserve’miRNAs和257个‘Novel’miRNAs)。在6种组织中共检查到164个非冗余的出生前、后差异表达miRNAs(DE miRNAs),其中心脏34个,肝脏37个,脾脏33个,肺38个,背最长肌21个,十二指肠60个DE miRNAs(各组织间DE miRNA种类存在重复)。通过对仔猪各组织间出生前后miRNA差异模式的保守性分析发现,大部分DE miRNAs(119/164,72.56%)出生前后的差异模式在组织间不存在保守性(即这类miRNAs只在单种组织中差异表达),且DE miRNAs最多同时在4种组织中差异表达。通过卡方检验发现,组织特异性miRNAs极显著地富集于组织间出生前后差异模式非保守的DE miRNAs中,且这些组织特异性的DE miRNAs显著富集于相应组织功能维持相关的通路;而组织间出生前后差异模式保守且出生后表达量呈现一致上调或下调的DE miRNAs在组织发育以及产后适应中发挥重要作用。(3)靶基因功能富集分析发现,6种组织DE miRNAs显著富集于早期宫外环境适应相关的通路上,其中NFκB信号通路、PI3K/AKT信号通路和Hippo信号通路分别是肺适应产后富氧环境、肝脏适应饥饿和低血糖以及心脏适应产后氧气和压力变化的主要通路。(4)通过miRNAs与靶基因参与的相关通路联合分析发现,miRNAs在参与调控机体产后适应中发挥重要的作用,且我们发现肝脏中miR-22-3p在出生后显著上调,可能通过靶基因AKT3参与PI3K/AKT信号通路促进糖异生,维持新生哺乳动物机体葡萄糖稳态。(5)通过对新生仔猪出生后(0-6 h)血糖持续测定、肝脏切片PAS染色以及糖异生基因的表达水平检测发现,新生仔猪出生后血糖持续降低并在3 h达到最低点,而后逐渐上升并维持一定水平;仔猪肝糖原在出生后0-6 h持续降低;糖异生相关基因的表达量持续升高,表明除了调用肝脏储存的肝糖原,新生仔猪同样通过提高自身肝脏的糖异生水平,将非糖类物质大量转化为葡萄糖,进而维持机体葡萄糖稳态。(6)通过双荧光素酶报告系统检测证明AKT3是miR-22-3p的靶基因,以及Hep G细胞中miR-22-3p过表达和抑制实验显示miR-22-3p通过抑制靶基因AKT3激活AKT/Fox O1通路,促进糖异生,增加葡萄糖产生,从而维持机体葡萄糖稳态。综上所述,本研究发现miRNAs在新生仔猪早期宫外环境适应中发挥重要的作用。此外,本研究还发现出生后肝脏中miR-22-3p显著上调,通过抑制靶基因AKT3的表达,进而调控AKT/Fox O1通路促进糖异生,增加新生仔猪葡萄糖的产生,维持机体葡萄糖稳态。
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