绵羊尾脂沉积相关lncRNA的比较转录组研究

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兰州大尾羊(LFTS)是我国著名的地方品种,现已濒临灭绝,其优良的遗传资源亟待保护。与我国传统的地方品种小尾寒羊(STHS)和藏羊(TS)相比,兰州大尾羊最显著的区别就是具有长肥尾的特性。脂肪是一种重要的储存能量的组织,而对于绵羊来说,尾巴就是专门保存脂肪的部位。绵羊的尾脂不仅能帮助其抵御恶劣的环境,还能为其提供必要的能量资源。近年来,对绵羊尾部脂肪发育的研究越来越多,主要从全基因组关联分析、mRNA测序、miRNA测序等方面,而关于lncRNA的研究还很少。因此,为了探寻绵羊中与尾部脂肪沉积和发育相关的调控因子,本研究对兰州大尾羊(n=3)、小尾寒羊(n=3)和藏羊(n=3)三个品种的9个个体进行链特异性转录组测序,通过生物信息学的方法,筛选出在不同尾脂类型的品种中差异表达的mRNA和lncRNA,通过富集分析以及网络构建,得到了若干与尾脂发育相关的mRNA和lncRNA,并对它们进行了定量验证。这些研究将增加研究者对尾部脂肪沉积复杂分子机制的理解,并为进一步研究尾部脂肪沉积的相关基因和功能机制提供依据。1.绵羊尾脂差异表达基因的筛选与鉴定1.1绵羊尾脂差异表达基因的筛选、功能富集分析与鉴定本研究对三个不同尾脂类型的绵羊品种:兰州大尾羊(n=3)、小尾寒羊(n=3)和藏羊(n=3)的9个个体进行链特异性转录组测序。在三个品种的尾脂中,共检测到24,940个有表达的已知基因,其中兰州大尾羊尾脂中检测到23,596个,小尾寒羊尾脂中检测到22,228个,藏羊尾脂中检测到22,795个。通过两两比较,从三个比较组中共筛选到407个差异表达的基因。其中,兰州大尾羊尾脂与小尾寒羊尾脂有10个(7个上调基因和3个下调基因),兰州大尾羊尾脂与藏羊尾脂有390个(215个上调基因和175个下调基因),小尾寒羊尾脂和藏羊尾脂有40个(21个上调基因和19个下调基因)。最后通过对尾脂差异表达基因的功能富集和参与的信号通路富集,发现一些差异基因富集到脂肪酸延伸或脂肪酸代谢等与脂肪沉积相关的功能或通路上。从不同比较组的分析结果中选择了14个差异表达基因,通过q RT-PCR实验发现,在兰州大尾羊尾脂与小尾寒羊尾脂的比较中,DPT和RASD1存在显著差异;在兰州大尾羊尾脂与藏羊尾脂的比较中,PDK4和PLIN2差异显著;在小尾寒羊尾脂与藏羊尾脂的比较中,SLC22A4表达差异显著。另外一些基因(FMO2、PENK、MID1IP1、PRKAR2B、ELOVL3、TCAP、LTF、ADGRG3和LEPR)虽然差异不显著,但表达趋势与测序结果一致,也说明这些基因与绵羊的尾脂沉积存在一定的关系。1.2基于mRNA测序数据的绵羊尾脂相关遗传变异位点的筛选与鉴定基于绵羊尾脂的mRNA测序数据,对三个品种的遗传变异进行分析,共得到了7,122,920个遗传变异位点,其中14.5%的位点是新发现的。对所有的SNPs位点的位置进行分析后发现,105,024个位于基因的开放阅读框,其中有35.6%为无义突变或导致终止子的产生或消失。从Animal Quantitative Trait Loci Database(Animal QTLdb)数据库中检索与尾脂相关的一些性状,发现在所有的SNPs和INDELs中,有8.5%位于与尾脂相关的QTL区。进一步筛选发现有26,613个兰州大尾羊特异的多态位点,并将其与之前的报道相比较,发现有44个SNPs位点落在已发现的与尾脂沉积相关的区域或基因(如CREB1)上。表明部分基因的遗传变异可能会影响绵羊的尾脂沉积。2.绵羊尾脂差异表达lncRNA的筛选、靶基因预测和功能富集分析与鉴定通过对三个不同尾脂类型的绵羊品种的链特异性转录组测序,共组装得到9,082个lncRNAs,其中兰州大尾羊尾脂中检测到8,929个,小尾寒羊尾脂中检测到8,776个,藏羊尾脂中检测到8,901个。通过两两比较,从三个比较组中共筛选到68个差异表达的lncRNAs。其中,兰州大尾羊尾脂与小尾寒羊尾脂有37个(16个上调lncRNAs和21个下调lncRNAs),兰州大尾羊尾脂与藏羊尾脂有59个(31个上调lncRNAs和28个下调lncRNAs),小尾寒羊尾脂和藏羊尾脂有16个(8个上调lncRNAs和8个下调lncRNAs)。进而从顺式和反式两个方面对lncRNAs的靶基因进行预测,并对预测得到的靶基因做富集分析。发现其中一些差异表达lncRNAs的靶基因富集到与脂肪发育相关的一些功能或通路上。从不同比较组的分析结果中选择了6个差异表达lncRNAs,通过qRT-PCR实验发现,在兰州大尾羊尾脂与小尾寒羊尾脂的比较中,只有ENSOART00000027984存在显著差异;在兰州大尾羊尾脂与藏羊尾脂的比较中,虽然结果不显著,但表达趋势与测序结果一致;在小尾寒羊尾脂与藏羊尾脂的比较中,只有ENSOART00000028008差异极显著。表明这些lncRNAs能够影响绵羊的尾脂发育。3.基于绵羊尾脂差异表达mRNA和lncRNA的网络构建研究利用筛选得到的尾脂差异表达mRNA和lncRNA进行共表达分析,最后得到了493对显著相关的共表达对,其中大部分为正相关(475对),少部分为负相关(18对)。最后利用筛选得到的mRNA-lncRNA对进行共表达网络的构建,发现个别lncRNA与超过50个mRNA产生相互作用,例如与TCONS_00372767、TCONS_00171926和TCONS_00054953存在共表达的mRNA各有67个,与TCONS_00373007存在共表达的mRNA有65个,表明这些lncRNAs属于核心lncRNAs,对尾脂沉积有重要的调控作用。
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