研究目的:红系发育是造血干细胞分化为早期红系祖细胞、终末有核红细胞最终脱核成熟为红细胞的过程。红系祖细胞进行自我更新和增殖,随着发育过程自我更新能力减弱。红系终末发育分裂伴随分化,并最终退出细胞周期脱核成熟为功能性红细胞。红系发育过程伴随着细胞周期的变化,已有研究表明细胞周期相关基因在红系发育的不同阶段发挥作用,但细胞周期相关基因如何影响红系发育还不明确。本课题利用公共数据库收集细胞周期相关的基因,研究细胞周期相关基因在体外培养的不同发育阶段有核红细胞中的表达变化及不同变化模式的基因功能,并构建蛋白质相互作用网络预测关键基因,探索细胞周期相关基因在红系发育过程的阶段特异性变化。研究方法:利用Fast QC、Tophat、Cufflinks等转录组分析工具对本课题组已有测序数据进行质量控制,获得基因表达数据以及差异基因。利用GO、Pathcards、Reactome和Cyclebase四个免费的在线数据库收集细胞周期相关的基因集合,并联合红系发育转录组数据获取细胞周期相关基因在红系发育过程的表达数据。对红系发育的细胞周期相关基因表达数据进行主成分分析、相关性分析和表达模式聚类分析,对每种表达模式的基因进行功能分析和蛋白质相互作用网络构建,研究每个表达模式的核心基因。结果:测序数据的质控结果和比对结果显示所有样本测序质量良好,可以进行后续分析。本课题整合公共数据库得到4557个细胞周期相关的基因。对细胞周期相关基因在红系发育中的表达进行主成分分析以及相关性分析,可将红系发育过程分为四部分:红系爆式集落形成单位（Burst forming unit-erythroid,BFU-E）和红系克隆形成单位（Colony forming unit-erythroid,CFU-E）为第一部分、原始红细胞（Proerythroblasts,Pro）和早幼红细胞（Basophilic erythroblasts,Baso）为第二部分、中幼红细胞（Polychromatic erythroblasts,Poly）以及晚幼红细胞（Orthochromatic erythroblasts,Ortho）为第三部分和第四部分。基因表达聚类分析共获得六种表达模式:在BFU-E-Baso期高表达的基因集合、在BFU-E-CFUE高表达的基因集合、从Pro期表达开始上升并且在Baso期之后表达开始下降的基因集合、从Pro期表达开始上升并且在Poly期表达开始下降的基因集合、在Poly期和Ortho期高表达的基因集合以及仅在Ortho期高表达的基因集合。功能分析结果显示,只在BFU-E和CFU-E中高表达的基因在m RNA的代谢过程、翻译等过程富集,可能与早期祖细胞的自我更新相关;Pro-Poly高表达的基因通过调控细胞分裂过程影响终末分化过程;在Ortho特异高表达的基因通过细胞周期阻滞以及泛素依赖的蛋白质降解过程影响脱核。对各类基因进行蛋白质交互作用网络的构建和分析并确定了各类关键基因。对脐带血（Cord blood,CB）和胎肝（Fetal liver,FL）来源的造血干细胞体外培养转录组的聚类比较发现,一方面细胞周期相关基因在体外培养体系中具有相似的聚类结果,另一方面由于来源的不同,某些基因集合的功能富集结果存在差异,我们发现增殖的负调控过程、凋亡过程可能造成了CB和FL来源的早期祖细胞的增殖差异。结论:通过该课题研究,我们发现在体外培养体系中,细胞周期相关基因在脐带血和胎肝来源的造血干细胞转录组中的变化一致性较高,都体现了早期祖细胞增殖、终末有核红细胞分化和Ortho时期周期退出的阶段性特点,与已知表型吻合,体现了红系发育阶段特异性的特征;CB和FL存在的差异也为研究祖细胞增殖提供思路。这些结果不仅加深了我们对细胞周期影响红系发育的理解,也为解决体外产生功能红细胞的增殖和脱核难题提供了新的线索。