藏绵羊低氧适应性差异表达lncRNA和mRNA初步分析

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongyun64
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藏绵羊在高寒低氧逆境选择进化过程中形成了独特的低氧适应性机制,其血液特征、血气指标和肺组织结构变化等均是高原动物适应性研究内容,另外,长链非编码RNA(lncRNA)调控藏绵羊低氧适应性研究更是近年研究的热点之一。为了揭示藏绵羊低氧适应性机制,我们解析了藏绵羊生理生化、组织结构特征及组织中差异表达的lncRNAs。本研究以我国青藏高原高海拔地区(4452~4468m)霍尔巴绵羊(HB)、阿旺绵羊(AW)、中海拔地区(3620~3851m)甘加羊(GJ)、祁连白藏羊(WT)和低海拔(-67m)湖羊(HS)为研究对象,利用全自动血细胞分析仪、全自动生化分析仪及血气分析仪,测定了4个藏绵羊品种(HB、AW、GJ、WT)和湖羊(HS)的血清生理生化及血气指标,用组织学方法测定肺组织结构,并用试剂盒检测免疫球蛋白;同时,采集藏绵羊(HB、AW、GJ、WT)和湖羊(HS)的肝、肺组织样本提取RNA,采用Illumina Hi Seq 2500测序方法进行转录组测序,以|log2 FC|>1和P值<0.01作为筛选差异表达基因的条件,分析藏绵羊品种(2个高海拔和2个中海拔)和湖羊(低海拔)肝、肺组织中差异表达lncRNAs,并挖掘与高原低氧适应性相关的信号通路。(1)随着海拔升高,藏绵羊血清生理生化、血气指标和免疫球蛋白与湖羊差异显著(P<0.01),肺终末细支气管管径显著变粗(P<0.05),单位面积肺泡数、肺泡隔厚度显著增加(P<0.01),表明藏绵羊通过血红蛋白提高携带氧气的能力和效率,增加肺组织氧气交换面积,并增强免疫力来适应高寒低氧逆境。(2)完成藏绵羊和湖羊5个品种,每个品种3个重复的肝组织15个样本lncRNA测序,获得187.90 Gb Clean Data,各样品Clean Data均达到10.00 Gb,Q30碱基百分比分别在85.01%以上;各样品Clean Reads与指定的参考基因组进行序列比对,平均比对率为82.21%。在肝组织总共鉴定到20,078个mRNAs,发掘新基因2,728个,其中1,153个得到功能注释,差异表达mRNAs和lncRNAs及其靶基因在4组间共显著富集到13个KEGG pathway,主要与疾病、脂肪代谢、细胞因子-细胞因子受体相互作用等相关;根据基因在不同样品中的表达量,识别差异表达基因495个,并对其进行功能注释和富集分析;鉴定得到lncRNAs 6,249个,其中差异表达lncRNAs 79个。利用q RT-PCR验证与低氧适应性相关的11个mRNAs,3个lncRNAs及其11靶基因,其表达量与测序结果趋于一致。(3)完成藏绵羊和湖羊5个品种,每个品种3个重复的肺组织15个样本lncRNA测序,获得190.63 Gb Clean Data,各样品Clean Data均达到10.46 Gb,Q30碱基百分比分别在90.92%以上;各样品Clean Reads与指定的参考基因组进行序列比对,平均比对率为81.89%。在肺组织总共鉴定到13,319个mRNAs,发掘新基因750个,其中588个得到功能注释,差异表达mRNAs和lncRNAs靶基因在4组间共显著富集到5个KEGG pathway,主要与氨基酸和脂肪酸代谢等相关;根据基因在不同样品中的表达量,识别差异表达基因1,233个,并对其进行功能注释和富集分析;鉴定得到lncRNAs 1,798个,其中差异表达lncRNAs 151个。利用q RTPCR验证低氧适应性相关的7个mRNAs,4个lncRNAs及其2靶基因,其表达量与测序结果趋于一致。综上所述,本研究通过血清生理生化、血气指标和免疫球蛋白及肺组织结构研究表明,藏绵羊不仅形成有效摄取、输送和利用氧气独特的生理生化特征及肺组织结构,而且增强体液免疫应答,诠释了藏绵羊肺组织适应高原低氧的重要形态组织学特点及免疫特性。利用Illumina Hi Seq 2500高通量测序平台和生物信息学分析方法,对生活在青藏高原不同海拔4个藏绵羊品种和低海拔湖羊2个组织(肝脏、肺脏)低氧适应性进行分析,筛选低氧适应性相关差异表达的mRNA、lncRNA及其靶基因,并对其表达量进行q RT-PCR验证。对于揭示藏绵羊高原低氧适应相关分子机理提供理论依据,也进一步为研究高原低氧适应相关基因提供指导与参照,同时也为人类及其它动物因高原低氧引起不良反应的预防和治疗提供参考。
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