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猪的产肉量取决于骨骼肌发育,而骨骼肌的发育是一个十分复杂的过程,其中基因和转录因子等在发育过程中的动态表达和互作对于骨骼肌表型的最终形成起着至关重要的调控作用。中国地方脂肪型猪和外国瘦肉型猪在产肉量等性状上存在巨大差异,为猪骨骼肌发育的分子机制研究提供了良好的素材。本研究以瘦肉型长白猪、脂肪型通城猪及其杂交后代长通猪27个(出生前15个,出生后12个)生长发育时间点的骨骼肌样品为研究对象,采用转录组测序,从全基因组转录水平分析猪骨骼肌发育中的基因动态调控模式,解析长白猪和通城猪产肉量差异和长通猪产肉性状杂种优势形成的分子机理。本研究主要结果如下: 1.本研究共获得了388.4G的数据,平均每个样品的数据为4.8G,平均每个样品检测到表达基因数目达到13,130个(RPKM≥1)。基因表达的数目随着骨骼肌的发育逐渐减少,提示出生前猪骨骼肌的转录活性更强,涉及的分子事件更为复杂。但是三种猪之间基因表达的数目没有明显的差异(P>0.05)。 2.主成分和多维尺度分析将样品分为出生前和出生后两大类,发育的时间效应可以解释骨骼肌发育中50%以上的变异。层次聚类分析结果显示:相比于不同猪种相同时间点,同一猪种相邻的时间点优先聚在一起。表明同一猪种相邻时间点的转录模式的差异要小于不同猪种同一时间点的差异。 3.常用持家基因(如GAPDH,ACTB等)在骨骼肌发育过程中表达变化较大,提示这些基因可能并不适用于作为骨骼肌发育的定量表达内参基因。同时本研究鉴定了14个在骨骼肌中稳定高表达的基因,其中MKRN1是最稳定表达的基因,这些基因可作为骨骼肌基因表达分析的候选内参基因。 4.zf-C2H2和CSD分别是出生前和出生后骨骼肌中表达水平最高的转录因子家族。CSDA基因是出生后表达水平最高的转录因子,在骨骼肌发育过程中表达上调,与Myogenin的表达显著负相关(P<0.01)。相比于其他转录因子,与肌生成相关的转录因子在骨骼肌发育过程中均倾向于高表达,但仍呈现出生前后时空的动态波动性。骨骼肌发育相关转录因子在不同品种之间整体上并没有观察到差异。 5.本研究鉴定出16个与骨骼肌不同发育阶段或生物学进程相关的共表达模块,并且鉴定了在不同发育时期发挥关键作用的基因,许多关键基因(如CNN3、FSCN1、SFRP1、OLFML3)在骨骼肌中的重要作用已被我们的前期研究所证实。能量代谢和神经调节在骨骼肌的成熟以及肌纤维类型的形成过程中扮演着重要的角色。 6.鉴定了2,471条新的lncRNA,结合miRNA组学数据,构建一个与猪骨骼肌发育密切相关的ceRNA调控网络,鉴定得到了6个可以作为ceRNA调节骨骼肌发育相关基因表达的lncRNA。 7.采用相关基因分析策略,绘制了通城猪和长白猪骨骼肌发育的转录相似性图谱,表明两种猪在骨骼肌发育过程中涉及表达调控模式并不同步。胚胎发育早期以及新生期可能是导致两种猪骨骼肌发育不同步的关键阶段。在E33-E60阶段,细胞核分裂和线粒体细胞周期等相关基因在长白猪中一直显著高度富集,而在通城猪中这些基因只持续到E45,这表明:在骨骼肌发育妊娠早期阶段,与细胞周期相关的基因在长白猪中比在通城猪中表达持续的时间更长,导致长白猪比通城猪有更多的初级纤维。功能分析表明,发育不同步基因在通城猪和长白猪骨骼肌表型差异形成。