转录组测序解析氨气刺激后仔猪呼吸道和肝脏转录谱的变化

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氨气是规模化猪场中普遍存在的有毒有害气体之一,较高浓度的氨气会给仔猪和工作人员带来健康隐患,而目前关于氨气影响仔猪健康的研究尚不足。本研究选取7周龄14 kg的保育仔猪共12头,随机分为4组,用56 mg/m3左右的氨气对3个试验组分别刺激4天、8天和12天,对照组则不作处理。刺激结束后采集仔猪肺,鼻黏膜和肝脏组织,提取总RNA,然后对这4个时期的样品进行转录组测序(RNA-seq),并探讨氨气刺激对3个组织转录谱的影响。主要结果:1.分别鉴定了3个组织氨气刺激前后的差异表达基因(默认和较小天数组比),肺和鼻黏膜一共6个比较(NC与3个处理组间的比较,3个处理组间的两两比较),肝脏只有1个比较(D12比NC)。统计显示:肺的差异表达基因一共有289个,鼻黏膜则有825个,肝脏有589个(367个上调表达,222个下调表达)。2.构建了肺和鼻黏膜差异表达基因的表达模式,并对每个模式的基因进行了功能富集分析。肺的差异表达基因一共被分为18类,其中SCGB3A2,MMPs,BPIFA1,IL8,ARG2,COMP,PAI-1,COLs,CLCA1,ELANE等与肺纤维化发生和气道黏液分泌相关的基因大部分处于cluster 1,cluster 2和cluster 3中。鼻黏膜的差异表达基因被分为了20类,其中cluster 1,cluster 2,cluster 3和cluster 6中CCDCs,CFAPs,TEKTs,DNAHs,LRRCs,SPAG17,COL11A2,ACAN,SNTN与黏膜功能、结构有关;cluster 4中SFTPs,BPIFBs与呼吸功能及防御反应相关;cluster 7中MASP1,LBP,C4BPA,IL1B,REG3G,S100As与急性炎症和黏液分泌有关;cluster 8和cluster 9的PAI-1,MMPs,KRTs还与上皮修复有关。3.肝脏差异表达基因显著富集的通路(p≤0.05)与免疫,癌症,肝病,氨基酸代谢及生理节奏有关。蛋白互作分析表明PIK3CA,TNF,NFKBIA,THBS1,JUN,HIF1A和FOS可能是重要的调控因子。4.鉴定了NC组和D12组间的差异可变剪切及差异表达转录本。结果显示CD40、SAT1、ETFB、CLK1、CHTOP和TNFRSF1A在鼻黏膜或者肺NC组和D12处理组间具有显著差异(FDR≤0.05)的可变剪接事件。同时,分别在肺、鼻黏膜和肝脏上发现了数量不等的差异表达(FDR≤0.05)的转录本。功能分析表明以上基因大部分与免疫,细胞凋亡和癌症有关。5.用22个样品的转录组测序数据鉴定了903条新lincRNA,并用权重基因共表达网络整合分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)差异表达的linc基因和编码基因(共3072个)。结果显示LIPG在肝脏D12特异性高表达,TF在肝脏NC组特异性高表达;而新lincRNA XLOC004910则在鼻黏膜D12特异性高表达,其临近的9个编码基因(上下游100 kb)则与免疫,糖/激素代谢,造血有关,暗示该lincRNA可能参与了这些进程。主要结论:氨气刺激引起仔猪鼻黏膜、肺和肝脏组织大量基因上调表达,其中刺激12天后差异表达基因数目最多。这些差异表达基因主要参与了呼吸道重塑、氧化应激、炎症和免疫应答等生物学进程。同时发现基因的选择性剪切和lincRNA在仔猪应对氨气刺激过程中也可能发挥重要的调控作用。
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