藏羊初级毛囊发育诱导期分子调控网络和候选基因转录调控机制研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:jia729508703
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藏羊是我国典型的粗毛羊品种,其羊毛以初级毛囊形成的髓状毛为主,是优质的地毯毛来源,目前关于地毯毛性状的遗传机制报道较少。胚胎发育过程中,表皮细胞与真皮细胞的信号分子之间相互作用,诱导皮肤细胞增殖分化形成初级毛囊。分析藏羊初级毛囊诱导形成过程中的分子调控网络,筛选参与调控初级毛囊诱导形成的关键基因,挖掘地毯毛性状相关的种质资源,对提高羊毛品质具有重要意义。本研究通过转录组测序分析藏羊初级毛囊发育诱导期的长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)和信使RNA(messenger RNA,mRNA)的分子调控网络,解析初级毛囊早期发育过程中相互作用的关键激活因子EDAR和抑制因子BMP4的转录调控机制,阐明其诱导藏羊初级毛囊形成的潜在分子机制。具体结果如下:1.藏羊初级毛囊发育诱导期关键lncRNAs和mRNAs的筛选和鉴定通过组织形态学分析藏羊胚胎的皮肤结构发现初级毛囊诱导形成时期(stage 1)相比于诱导形成前时期(stage 0),皮肤的表皮和真皮明显增厚,并形成毛囊基板和真皮凝集体。通过分析藏羊初级毛囊诱导形成前后皮肤转录组测序数据鉴定到36个显著上调的lncRNAs、26个显著下调的lncRNAs、228个显著上调的mRNAs、225个显著下调的mRNAs和80个新的差异表达转录本(stage 1 vs stage 0)。差异表达lncRNA的靶基因和差异表达mRNA的GO分析都显著富集到系统发育、单-多细胞器官发育、器官发育等发育过程,KEGG分析都显著富集到TGF-β、Hedgehog、PI3KAkt、Focal adhesion和ECM-receptor interaction信号通路。WNT信号通路(WNT16、WNT2B、LEF1、WIF1、LRP4、SFRP1和SFRP4),EDAR信号通路(EDAR、EDARADD和FOXI3),BMP信号通路(BMP3、BMP4和BMP7),FGF信号通路(FGFR2和FGF20)的基因,以及lncRNAs(XLOC539599、XLOC556463、XLOC015081、XLOC1285606、XLOC297809和XLOC764219)等在藏羊初级毛囊诱导形成前后的皮肤样品中差异表达,揭示这些基因在藏羊初级毛囊发育诱导期发挥着重要作用。采用qRT-PCR方法检测了关键候选lncRNAs和mRNAs的表达水平,并通过原位杂交技术检测发现藏羊初级毛囊诱导形成时期(stage 1),XLOC297809和XLOC764219都在初级毛囊基板和真皮凝集体中表达,XLOC764219在表皮中也有少量表达。2.藏羊EDAR基因的转录调控机制研究克隆了藏羊EDAR基因的5’侧翼序列2290 bp并构建了一系列EDAR启动子区缺失片段载体,通过检测双荧光素酶活性发现藏羊EDAR核心启动子为-220/+45。成功构建了转录因子ETS1、EGR1和E2F1与EDAR的结合位点突变载体,点突变试验表明ETS1可能是EDAR基因的转录促进因子。成功构建了转录因子ETS1的超表达载体并发现超表达ETS1能够促进EDAR基因启动子的转录活性,显著增加EDAR基因的mRNA水平。通过Targetscan软件预测发现miR-125a-5p和miR-24-3p可能与EDAR基因结合,双荧光素酶报告系统证明miR-125a-5p可以靶向EDAR基因。过表达miR-125a-5p可以抑制EDAR基因的mRNA表达,抑制miR-125a-5p可以促进EDAR基因的mRNA表达。3.藏羊BMP4基因的转录调控机制研究克隆了藏羊BMP4基因的5’侧翼序列2283 bp并构建了一系列BMP4启动子区缺失片段载体,通过检测双荧光素酶活性发现藏羊BMP4核心启动子为-518/-35。成功构建了转录因子E2F1、SP1、SP3、MYC与BMP4的结合位点突变载体,点突变试验表明E2F1、SP3、MYC可能是BMP4的转录促进因子,SP1可能是BMP4的转录抑制因子。成功构建了转录因子MYC和SP1的超表达载体并发现超表达MYC能促进BMP4基因启动子的转录活性,显著增加BMP4基因的mRNA水平。通过Targetscan软件预测发现miR-340-5p可能与BMP4基因结合,双荧光素酶报告系统证明miR-340-5p可以靶向BMP4基因。过表达miR-340-5p可以抑制BMP4基因的mRNA表达,抑制miR-340-5p可以促进BMP4基因的mRNA表达。本研究筛选和鉴定了藏羊初级毛囊诱导形成过程中的关键lncRNAs和mRNAs,阐明了2个关键候选基因(EDAR和BMP4)的转录调控机制,发现了促进EDAR基因表达的转录因子ETS1及抑制其表达的miR-125a-5p和促进BMP4基因表达的转录因子MYC及抑制其表达的miR-340-5p,建立了候选基因、转录因子、miRNA诱导藏羊初级毛囊形成的分子调控网络,为进一步完善藏羊初级毛囊早期发育的分子机制提供理论依据。
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