猪卵巢全转录组基因调控网络构建及关键分子互作机制研究

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:leave2009418
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母猪繁殖力是养猪业最重要的经济参数之一,直接决定着猪场的盈利水平,然而种群个体之间的繁殖效率存在很大差异,提高母猪繁殖效率是育种者和生产者孜孜以求的目标。猪的繁殖调控是一个十分复杂的过程,涉及到多个组织器官的调控。卵巢的主要功能是产生卵子、合成并分泌卵巢激素,卵巢上卵泡的发生、排卵、黄体形成以及消退呈周期变化,因而作为最重要的生殖器官对调节猪的繁殖过程有着不可替代的作用。目前研究已证实,非编码RNA(lncRNA、circRNA和miRNA)在哺乳动物卵巢发育过程中发挥着重要作用。尽管先前的研究报道了猪卵巢组织中miRNA表达谱,但关于猪卵巢组织非编码RNAs(ncRNAs)所介导的繁殖调控的研究还比较匮乏。本研究以黄体期(Luteal phase,L)和卵泡期(Follicular phase,F)的高产仔数(High,H)和低产仔数(Low,L)大白母猪为研究对象,基于RNA-seq和small RNA-seq技术,旨在获取不同时期高产和低产大白猪卵巢组织的全转录组表达谱数据,挖掘调控繁殖力的关键基因,并采用双荧光素酶报告系统、过表达、RNA干扰、Western Blot等技术深入探讨了TCONS00814106和miR-1343以及miR-1343和TGFBR1之间的互作机制。主要研究结果如下:本研究对590头多产母猪的窝总产仔数(Total number of piglets born,TNB)进行分析,筛选出了高产仔数(TNB>15.73)和低产仔数(TNB<11.11)大白母猪各8头;成功采集到黄体期高产(LH,n=4)和低产(LL,n=4)卵巢组织以及卵泡期高产(FH,n=4)和低产(FL,n=4)卵巢组织;对4个组(LH,LL,FH和FL)共计16个卵巢样品进行全转录组学建谱,共鉴定到27,370条mRNAs,24,447条 lncRNAs,21,386 条 circRNAs,216 种已知 miRNAs 和 1724 种新 miRNAs。黄体期高产和低产组(LH vs.LL)之间鉴定到差异表达mRNAs 457个(161个上调,296个下调),lncRNAs 956个(345个上调,61 1个下调),circRNAs 1079个(458个上调,621个下调),miRNAs 122个(68个上调,54个下调);对这些差异表达的基因和非编码基因的靶基因进行信号通路富集分析,发现这些基因显著富集到类固醇生物合成、溶酶体、Hippo信号通路、卵巢类固醇生成、foxO信号通路、GnRH信号通路、PI3K-Akt信号通路、Ras信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、MAPK信号通路、雌激素信号通路、Jak-STAT信号传导通路。卵泡期高产和低产组(FH vs.FL)共鉴定差异表达mRNAs 475个(253个上调和222个下调),lncRNAs 415个(247个上调和168个下调),circRNAs 1077个(347上调和730个下调),miRNAs 46个(32个上调和14个下调)。对这些差异表达的基因和非编码基因的靶基因进行信号通路富集分析,发现这些基因显著富集到如Notch信号通路、类固醇生物合成、视黄醇代谢信号通路、肿瘤生长因子(TGF)-β信号传导途径、Wnt信号通路和细胞周期等繁殖过程相关的信号通路。通过生物信息学分析,结合各时期高产组和低产组之间差异表达基因的上、下调关系,构建繁殖性状相关competing endogenous RNA(ceRNA)调控网络。在lncRNA-miRNA-mRNA 调控网络中,miR-1343 和 miR-1307 与 lncRNA 和 mRNA具有较多的互作关系(LH vs.LL),在FH vs.FL对比组中,miR-671-5p与lncRNA和mRNA具有较多的互作关系。相同卵巢组织样品的实时荧光定量PCR(RT-qPCR)验证支持了网络中关键RNA分子之间的上下调关系,如TCONS00814106、TCONS00521721、miR-1343、TGFBR1、ILF3。采用生殖激素,卵泡促性腺激素(FSH,10 IU/mL)和人绒毛膜促性腺激素(hCG,5 IU/mL),分别对猪卵泡颗粒细胞进行处理24 h后,RT-qPCR结果显示TCONS00814106的表达水平极显著升高。结果表明,在颗粒细胞中TCONS00814106基因受FSH和hCG的调控,进一步证实了非编码基因TCONS00814106参与生殖过程,为后续深入研究其调控机制奠定了基础。通过双荧光素酶试验,对调控网络中关键lncRNA TCONS00814106与miR-1343,以及miR-1343和TGFBR1进行了靶向关系的验证。结果显示:过表达 miR-1343 均显著降低了野生型 psiCHECK2-TCONS00814106-WT 和psiCHECK2-TGFBR1-WT报告基因的荧光素酶活性;然而对突变型报告基因的荧光素酶活性没有显著影响。进一步采用miR-1343过表达和干扰技术,RT-qPCR和免疫印迹(Western Blot,WB)结果显示,miR-1343过表达均下调了TCONS00814106和TGFBR1基因在猪卵泡颗粒细胞中的表达量,干扰miR-1343后其表达量升高。结果表明TCONS00814106和TGFBR1均是miR-1343的靶基因。细胞增殖和凋亡试验结果显示,过表达TCONS00814106能够显著促进颗粒细胞的增殖,抑制其凋亡;然而miR-1343可以消除TCONS00814106引起的这种细胞增殖和凋亡现象。相反,干扰TCONS00814106显著降低了颗粒细胞的增殖,促进其凋亡;抑制miR-1343可以消除这些作用。此外,RT-qPCR和western blot结果显示过表达TCONS00814106能够显著增加TGFBR1 mRNA和蛋白的表达量,pLV(Exp)-TCONS00814106和pLV-sh-miR-1343共转染后这种增强作用被减弱;相反,敲低TCONS00814106能显著减少TGFBR1 mRNA和蛋白的表达量,而pLV-sh-TCONS00814106和pLV(Exp)-miR-1343共转染后发现这种抑制作用被逆转。由上述研究结果得出以下结论:成功构建了不同时期高产仔数和低产仔数大白母猪卵巢组织的全转录组基因表达谱,挖掘出差异表达非编码RNA参与繁殖性状相关信号通路;构建了繁殖性状相关调控网络;发现网络节点中miR-1343能够靶向结合TCONS00814106和TGFBR1;TCONS00814106能够促进颗粒细胞增殖,抑制其凋亡,然而与miR-1343结合后这种作用被抑制。此外,TCONS00814106作为ceRNA通过竞争性结合miR-1343从而调控TGFBR1的表达。
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