梅山猪胚胎附植早期子宫内膜miRNA组分析及2个关键miRNAs功能研究

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梅山猪作为太湖猪的一种,是世界公认产仔数最高的猪种之一。梅山猪的母体效应对于繁殖力的影响巨大,其繁殖力的调控机制与胚胎附植过程中的低胚胎丢失率相关。miRNAs可负向调控许多基因的表达,并在许多生理过程中,包括在胚胎附植的过程中均发挥重要的调控作用,然而miRNAs在猪胚胎附植过程中的作用机制尚不清楚。而猪胚胎附植早期是发生胚胎丢失的重要阶段,因此筛选影响胚胎附植的关键miRNAs对提高产仔数有重要的意义。本课题使用Illumina高通量测序技术,分析梅山猪胚胎预附植期(妊娠第9,12天及空怀第12天:MS9、MS12和MS12K)和胚胎附植早期(妊娠第15天:MS15)的子宫内膜组织中的miRNA组谱,筛选影响胚胎附植的关键miRNAs,通过双荧光素酶基因报告系统、扫描电镜、Western Blot、流式细胞术、转录组测序分析和小鼠子宫角注射等技术研究miRNAs对猪子宫内膜上皮细胞和间质细胞的调控作用,以及对胚胎附植的影响。主要研究结果如下:1.测序分析了MS9、MS12、MS15和MS12K四个阶段的子宫内膜组织中的miRNA组谱,得到了312个已知的miRNAs和211个潜在的新miRNAs。2.在梅山猪四个妊娠阶段的对比,MS12 vs MS9、MS15 vs MS12、MS15 vs MS9和MS12 vs MS12K中分别筛选得到15、22、40和1个差异表达miRNAs(DE miRNA)。妊娠第12天和空怀第12天的子宫内膜组织中筛选得到的差异转录本数量最少。KEGG分析结果显示MS15 vs MS9的差异表达miRNAs显著富集至Wnt信号通路。top 25高表达的miRNAs的靶基因显著富集至凋亡通路、PI3K-Akt信号通路、MAPK信号通路、mTOR信号通路及Wnt信号通路。此外,ssc-miR-21是在梅山猪四个阶段的表达水平最高的miRNA。3.进行品种间关联分析,在梅山猪和大白猪两品种间同妊娠时间点分别筛选得到40、41、36和38个DE miRNA。梅山猪和大白猪妊娠第12天的DE miRNAs的靶基因富集至p53信号通路和Wnt信号通路。ssc-miR-451、ssc-miR-204、ssc-miR-199a-5p和ssc-miR-199b-5p是妊娠第12天的种间DE miRNAs,同时也属于top 25高表达的miRNAs,是胚胎附植过程中潜在的功能miRNAs。4.在小鼠妊娠的第3天,子宫角注射miR-199a-5p antagomir后会显著降低胚胎附植数,且观察到胞饮突的形成受到影响,说明小鼠子宫内膜的容受性受到损伤,而注射miR-199a-5p agomir不会降低胚胎附植数,且未观察到胞饮突的形成受到影响。超表达miR-199a-5p后,检测到猪子宫内膜上皮细胞和间质细胞中子宫内膜容受性的标志基因β3-integrin、OPN和LIF的上调表达。以上结果表明miR-199a-5p在子宫内膜容受性的建立过程中发挥重要作用。5.通过对转染miR-199a-5p antagomir和NC后子宫内膜上皮细胞转录组测序分析,筛选获得65个上调表达和9个下调表达的差异表达基因。GO富集分析发现发现差异表达基因富集至免疫相关的生物学过程。KEGG富集分析发现显著富集至细胞因子-细胞因子受体互作通路、趋化因子信号通路、IL-17信号通路及MAPK信号通路。以上结果表明干涉miR-199a-5p的表达,会影响子宫内膜上皮细胞的免疫反应状态,进而可能干扰子宫内膜容受性的建立。6.在小鼠妊娠的第3天,子宫角注射miR-451 antagomir和miR-451 agomir后均会显著降低胚胎附植数。超表达ssc-miR-451后,检测到子宫内膜上皮细胞的细胞周期受到阻滞,而子宫内膜上皮细胞和间质细胞的细胞凋亡数显著增加。生物信息学分析发现CUL4B是细胞周期和细胞凋亡过程中的关键基因,体外实验证明ssc-miR-451与CUL4B的靶向关系,并且ssc-miR-451可在转录后水平抑制CUL4B的蛋白表达水平。以上试验结果提示miR-451可通过调节CUL4B的蛋白表达,影响细胞凋亡的平衡,从而影响胚胎附植。综上所述,我们解析了梅山猪胚胎附植早期的miRNA组谱,筛选得到了调控猪胚胎附植的关键miRNAs和信号通路。发现并印证了miR-199a-5p和miR-451均是胚胎附植过程中的关键功能miRNAs。本课题的研究结果为进一步研究miRNAs介导猪胚胎附植过程中的分子调控机制提供新的理论依据,对提高猪产仔数的研究具有重要的理论指导意义。
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