牦牛是处于我国青藏高原及毗邻地区的独特的畜种,长年生活在2500 m～6000 m的高海拔地区。为了适应青藏高原这样高海拔极端恶劣的生活环境,牦牛在解剖学以及生理学上进化出了许多独特的性状,包括相对平原地区的牛有更大的心脏和肺脏,迟钝的缺氧性肺心血管收缩反应,更敏感的环境感知能力以及更高的能量代谢等。MicroRNA(miRNA)是一类短链的内源性RNA,主要是通过抑制mRNA的翻译或者直接降解mRNA达到对基因表达进行转录后水平的调控。近年来的研究发现,许多低氧诱导产生的miRNA广泛参与了 DNA损伤、细胞凋亡、能量代谢调控等多种生物学过程。尽管以前人们从形态学、解剖学、血液动力学、生理学和基因组学等多角度对高海拔动物的适应性进行了广泛而深入的研究,但是,从miRNA层面对哺乳动物高海拔适应性的研究还未见有报道。本实验分别构建了 3只雌性牦牛、3只雌性黄牛的心脏和肺脏两个组织共11个文库,通过Illumina高通量测序平台进行了miRNA的测序,旨在研究:(1)miRNA是否参与了牦牛的高海拔适应性;(2)鉴定出参与高海拔适应性的相关miRNA;(3)研究高海拔适应相关miRNA所参与的生物学过程和功能。所得结果如下:1.从11个文库中总共得到了 96.19M(million)的原始数据,平均每个文库得到8.74 M(8.74 ± 3.37 M)。经过一系列严格的过滤步骤后,得到了 84.57 M(88.86 ±4.87%)的高质量片段(high quality reads)用于进行后续的分析,每个文库中获得的高质量片段为7.69 ±2.68 M,11个文库中的高质量片段平均占到原始数据的88.8%。2.在本次研究的11个文库中,共检测到了 808条特异的牛成熟miRNA,产生于715条pre-miRNA。其中在黄牛中检测到了 769条成熟体miRNA,产生于660条pre-miRNA;在牦牛中检测到了 757条成熟体miRNA,产生于649条pre-miRNA。并且生物学重复之间的一致性很好,达到了 0.99以上。3.表达量最高的10个miRNA占到了文库所有miRNA表达量的62%。牦牛和黄牛心脏组织表达量最高的10个miRNA完全相同,牦牛和黄牛肺脏组织表达量最高的10个miRNA有5个相同。这些结果表明,高表达miRNA在牛的不同物种之间的保守性很强。4.通过差异表达分析,我们在心脏组织中共鉴定出了 90个差异表达的miRNA,其中高表达的miRNA有21个。这些高表达miRNA的靶基因主要富集在19个通路上,包括胰岛素信号通路(insulin signal pathway)、葡萄糖代谢(insulin signal pathway)、低氧反应(hypoxia response)、细胞应激(Cellular stress)、脂肪酸氧化(fatty acid oxidation)、转化生长因子信号通路(TGF-beta signaling pathway)等多个生物过程。5.通过差异表达分析,我们在肺脏组织中共鉴定出了 63个差异表达的miRNA,其中高表达的miRNA有56个。这些高表达miRNA的靶基因主要富集在16个通路上,包括细胞凋亡(regulation of apoptosis),程序性细胞凋亡(regulation of programmed cell death),呼吸导管发育(respiratory tube development),细胞周期停滞(cell cycle arrest),转化生长因子信号通路和血管发育(vasculature development)等多个生物过程。