间性猪下丘脑和垂体miRNA表达分析及其靶基因预测

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基于集约化养殖的猪种源单一、高度近交等可导致猪间性病的发生,其制约着我国乃至世界养猪业种猪的优质化培育。目前,国内外尚没有完全阐释清楚猪间性病的致病分子机理。下丘脑-垂体-性腺(Hypothalamic-pituitary-gonadal,HPG)轴调控哺乳动物从胎儿发育到青春期再到性成熟的生殖生理过程,是哺乳动物生殖系统发育过程中极其重要的神经内分泌机制。研究指出间性猪的HPG轴结构功能异常,导致生殖激素分泌紊乱。mi RNA是一类内源性非编码RNA,能对机体下丘脑和垂体的内分泌功能起到调控作用,进而实现其对生殖生理活动过程的干预。目前,mi RNA如何通过中枢器官(下丘脑和垂体)影响猪间性病发生的分子调控机制尚未解析。为了探究mi RNA对间性猪生殖激素紊乱的分子调控机制,本研究以间性猪(发病组)和正常母猪(对照组)为试验材料,利用高通量测序和生物信息学的方法对两个组的下丘脑和垂体组织中差异表达的mi RNAs进行鉴定;对差异mi RNAs预测的靶基因(mi Randa和RNAhybrid)进行GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析,筛选与生殖激素合成分泌的相关调控通路;对相关GO类别或信号通路的靶基因进行蛋白互作(Protein-Protein interaction,PPI)网络分析,并运用Cytoscape软件的MCODE(Molecular complex detection)获得相关的关键模块;利用实时荧光定量PCR验证候选mi RNA与靶基因的表达调控关系,进而采用双荧光素酶报告基因检测系统鉴定两个候选mi RNAs与靶基因的靶标关系。主要研究结果如下:(1)间性猪下丘脑和垂体mi RNA表达特征分析。下丘脑和垂体的small RNA的长度分布基本一致,主要集中在21-23 nt范围内,其中长度在22 nt的small RNA最多。下丘脑共鉴定出361个已知mi RNAs和234个新mi RNAs,与对照组相比,发病组筛选出100个差异表达mi RNAs,其中47个上调和53个下调mi RNAs。垂体共鉴定出360个已知mi RNAs和174个新mi RNAs,筛选出17个差异表达mi RNAs,其中4个上调和13个下调mi RNAs。(2)下丘脑差异表达mi RNAs的靶基因分析。下丘脑差异表达mi RNAs预测到7572个靶基因对,GO和KEGG分析结果富集到了与下丘脑生殖激素合成分泌相关的GO类别或者信号通路,如激素水平调节、肽类激素分泌的正调控、内分泌和其他因素调节钙重吸收、c AMP信号通路和Gn RH分泌等。整合MCODE分析及RT-q PCR结果,预测ssc-mi R-4334-3p能靶向结合精氨酸加压素(Arginine vasopressin,AVP)基因并调节其表达量。(3)垂体差异表达mi RNAs的靶基因分析。垂体差异表达mi RNAs预测到1442个靶基因对,GO和KEGG分析结果富集到了垂体生殖激素合成分泌有关的GO类别或者信号通路,如:蛋白质分泌、蛋白质磷酸化、细胞对钙离子的反应、Gn RH信号通路、c AMP信号通路、磷脂酰肌醇信号系统等。整合MCODE分析及RT-q PCR结果,预测ssc-mi R-143-3p能靶向结合AKT丝氨酸/苏氨酸激酶1(AKT Serine/Threonine Kinase 1,AKT1)基因并调节其表达量。(4)ssc-mi R-4334-3p与AVP、ssc-mi R-143-3p与AKT1的靶标关系验证。双荧光素酶报告基因检测结果表明,ssc-mi R-4334-3p与AVP基因的3’-UTR结合,ssc-mi R-143-3p与AKT1基因没有直接的靶向关系。综上所述,本研究揭示了间性猪下丘脑和垂体的mi RNA的表达特征,为阐明间性猪生殖激素紊乱的分子调控机制作铺垫。其中,ssc-mi R-4334-3p可能通过AVP基因的作用影响间性猪下丘脑Gn RH神经元生殖激素分泌紊乱。ssc-mi R-143-3p与AKT1基因没有直接靶标关系,ssc-mi R-143-3p在生殖活动中发挥重要作用,有待进一步研究。本研究从非编码RNA调控的角度来阐释猪间性病的致病分子机理,为开展基因诊断和多角度阐明致病机制奠定一定的理论基础。
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