苏博美利奴羊毛囊发育不同时期皮肤组织的DNA甲基化模式分析

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苏博美利奴羊是我国的超细毛羊新品种,其羊毛生长和毛囊发育过程一直受到研究者的关注。DNA甲基化作为重要的表观遗传机制在基因表达、基因组印记等多个生物学过程发挥作用。DNA甲基化可以通过调节毛囊发育相关基因的表达进而发挥作用。因此,本研究选取苏博美利奴羊胚胎期65天(G1)、85天(G2)、105天(G3)、135天(G4)和出生后7天(G5)、30天(G6)的皮肤组织为研究对象,采用MeDIP-seq技术探究苏博美利奴羊毛囊发育过程中DNA甲基化状态变化,以期从表观遗传学角度揭示其发育过程的调控机理,为进一步研究毛囊发育候选基因提供理论依据,同时为构建苏博美利奴羊毛囊发育完整的调控网络奠定基础。
  通过MeDIP-seq得到了苏博美利奴羊的基因组DNA甲基化图谱,每个个体扫描到Peak数目的范围在75,514-129,618之间,较多的分布于基因间区和启动子区。比较苏博美利奴羊毛囊发育6个时期相邻比较组的DNA甲基化区域,共注释到596个差异甲基化基因(DMGs)。差异甲基化基因功能聚类结果表明,富集到的GO条目主要包括:毛囊发育、毛发周期过程、皮肤表皮发育、细胞分化等过程。富集到的KEGG通路主要包括:ECM-受体相互作用、MAPK、TNF、TGF-beta等与毛囊发育有关的信号通路。
  为探究表观遗传调控与基因转录之间的潜在调控关系,本研究将DNA甲基化数据与本课题组前期的转录组数据联合分析。筛选到了65个既差异甲基化又差异表达的基因,这些基因的转录调控可能是受到DNA甲基化的作用。通过PPI分析蛋白质互作网络发现FURIN、TIMP2、MMP14、EDN1、IGF1、GHR等基因编码的蛋白相互关联,使用Cytoscape软件在该网络中寻找hub基因,EDN1、IGF1、B2M基因可能在毛囊发育过程中作为重要靶点。选择5个筛选到的既差异甲基化又差异表达的基因:EDN1、LAMC2、NR1D1、RORB和MYOZ3,进行重亚硫酸氢盐测序(BSP)分析DNA甲基化水平差异。结果表明,EDN1、NR1D1、RORB、MYOZ3基因为高甲基化基因,LAMC2基因为低甲基化基因。与测序结果比对分析发现,MeDIP-seq与BSP结果基本一致,说明测序结果准确性较高。
  DNMT1、DNMT3a、DNMT3b作为甲基化转移酶的编码基因参与调控目的基因甲基化,而基因的甲基化影响其转录。通过实时荧光定量PCR技术对DNMTs和EDN1基因的表达水平分析表明,DNMTs基因在毛囊发育的6个时期均有表达,在次级毛囊发育的关键时期,EDN1基因表达量在胚胎期105天极显著高于胚胎期135天,而DNMT3a、DNMT3b基因在胚胎期105天和135天的表达量变化趋势与EDN1基因甲基化变化趋势相似,因此推测DNMTs基因调控EDN1基因甲基化水平进而参与毛囊发育周期调控。
  综上,本研究运用DNA甲基化免疫沉淀和高通量测序技术,筛选了一系列差异甲基化基因,参与各种与毛囊发育相关的通路代谢途径。为毛囊发育候选基因的研究提供了材料,同时对从分子遗传和表观遗传机制解释毛囊发育的调控网络有重要意义。
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