鸡胚腿肌发育过程中全基因组甲基化与转录组研究及差异miRNA分子功能验证

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鸡肉作为我国肉类消费结构中的重要组成部分,其生长速度也是家禽遗传育种研究领域的重点。旧院黑鸡作为四川特有的优质地方品种,其肉质紧密,肌纤维细腻,腿部肌肉发达,但其生长速度较慢,品种选育工作进展较缓,因此解析旧院黑鸡肌肉生长发育的分子调控机制是对其进行分子育种改良的重要突破口。本研究选择旧院黑鸡胚胎发育不同时期的腿肌作为试验对象,基于全基因组甲基化和转录组技术研究旧院黑鸡胚胎不同发育时期腿肌DNA甲基化水平和RNA表达量变化,挑选出调节不同时期生长发育的差异甲基化基因、差异表达基因以及差异表达miRNAs;对基因组甲基化与转录组数据进行关联处理,进一步研究甲基化调控的基因表达的差异以及miRNA与靶基因的调控;最后,对筛选出的可能与肌肉发育相关的基因在鸡骨骼肌卫星细胞中进行功能的初步探究,从而为剖析旧院黑鸡胚胎期腿肌生长发育规律的遗传机制提供研究参考资料。研究结果如下:(1)通过对旧院黑鸡胚胎期腿肌形态特征和肌肉发育相关基因的m RNA表达模式分析,推测其胚胎期腿肌发育的关键时期分为:成肌细胞增殖期(E11)、肌管期(E17)和肌纤维期(D1)。(2)在旧院黑鸡胚胎期腿肌的发育过程中检测出了许多差异表达基因和miRNAs,其中大量差异miRNAs,如let-7家族、miR-106-5p、miR-206、miR-133家族等在胚胎早中期参与腿肌发育的调控。进一步联合分析发现MAPK信号通路、Wnt信号通路、淀粉和蔗糖代谢、肌动蛋白细胞骨架的调节、TGF-β信号通路富集的差异基因较多,暗示这些通路可能是调控鸡胚腿肌发育的重要信号通路。(3)研究获得了旧院黑鸡胚胎期腿肌DNA甲基化图谱,并通过对差异甲基化区域分布和差异甲基化基因生物学功能的分析,表明启动子区甲基化调控的重要性,同时差异甲基化基因显著富集的钙信号通道、Notch信号通路、Wnt信号通路、m TOR信号通路和MAPK信号通路都是与生长发育密切相关的,推测DNA甲基化可能通过这些信号通路调控鸡胚腿肌的生长发育过程。(4)对基因组甲基化与转录组数据进行联合分析,发现启动子区域的甲基化强度和基因的表达量是存在高度负相关的,DNA甲基化可能是通过调控Myo G、FGF2、MEF2D、SMTN、CFL2和TCF12等基因的表达来影响肌纤维发育的。(5)研究发现miR-106-5p可以促进鸡骨骼肌卫星细胞的增殖,并抑制其凋亡;CFL2基因作为卫星细胞增殖的负调节因子,促进凋亡;miR-106-5p可以通过靶向CFL2基因来调控细胞功能,而CFL2基因可能通过代谢相关信号通路来调控鸡骨骼肌卫星细胞的功能。综上所述,本研究从组织和细胞水平探讨了旧院黑鸡胚胎期腿肌在不同发育时期甲基化水平、基因表达和miRNAs表达的差异,并对影响肌肉发育的甲基化介导的关键调控基因和miRNA进行功能研究,为全面解析地方鸡骨骼肌肌纤维发育机理提供理论依据,也为进一步提高地方鸡的生长发育速度提供研究参考资料。
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