野生盘羊杂交二代尾脂代谢关键miRNAs的筛选与功能分析

来源 :新疆农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fyq20061001
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家养绵羊的祖先为了抵御恶劣的自然环境,在漫长的驯化过程中,形成了在尾部大量沉积脂肪的独特方式储存能量。我国有80%的绵羊品种属于脂尾羊。但随着现代肉羊产业的规模化、集约化生产,脂尾羊存在净肉率不高等问题。此外,人们为了健康、降低脂肪代谢病的患病可能,在饮食上更倾向于“喜瘦厌肥”。探究绵羊驯化过程中的脂尾形成机理以及绵羊尾脂代谢调控机制,将有助于瘦尾型绵羊新品系的培育和尾脂沉积性状的改良。因此,家养绵羊及其与野生祖先的杂交后代成为了珍贵的理想研究对象。本研究以野生盘羊×巴什拜羊杂交二代小尾型(瘦尾型)为试验组,巴什拜羊(脂尾型)为对照组,对两个群体的尾脂组织进行RNA-seq,筛选差异表达的miRNA,通过ceRNA调控网络构建,发现了可能参与绵羊尾脂代谢调节的重要候选miRNA及靶基因,并研究其在组织表达规律,选取部分进行细胞验证,为揭示绵羊尾脂代谢调控机制提供新的线索。试验研究结果具体如下:1、绵羊尾脂的miRNA测序与分析在瘦尾组、脂尾组分别获得原始数据14944801和13165754个reads,经质控、多重过滤,最终获得有效数据10802270和8607431个reads,长度范围为18-26nt;与miRase数据库进行比对、鉴定,最终检出900个miRNA;以|log2(Foldchange)|>1且P<0.05为标准,共筛选出差异miRNA 125个(76个上调、49个下调);对TargetScan和miRanda软件共同预测到的10433个靶基因进行GO和KEGG分析,1008个GO term和79个KEGG pathway被显著富集(P<0.05);对显著富集在脂代谢相关GO term和KEGG pathway上的637个DE-miRNA靶基因进行PPI分析,最终通过10个Hub靶基因对应到8个有望作为影响绵羊尾脂沉积的候选 miRNA(miR-378、miR-378c、miR-30a、miR-30b、miR-193b、miR-320d、miR-151b、miR-6715)。经验证,转录组测序数据准确可靠。2、绵羊尾脂ceRNA调控网络构建基于本文鉴定的125个差异miRNA,结合团队前期分析获得的873个差异mRNA和728个差异lncRNA,构建ceRNA网络和蛋白质互作网络,共获得了一个包括19个miRNA、36个lncRNA和76个mRNA的绵羊尾脂相关调控因子集合。进一步分析发现,miR-320d、miR-151b、miR-6715、miR-378及其靶基因位于调控网络的中心节点,可望作为影响绵羊尾脂沉积的重要候选miRNA,在调控绵羊尾脂过程中发挥重要作用。3、重要候选miRNA的组织表达特异性分析基于ceRNA网络筛选的4对重要候选miRNA-靶基因(miR-320d与SCD、miR-151b与ACACA、miR-6715与ACSS2、miR-378与ELOVL5),利用荧光定量PCR技术检测和比较分析14个不同部位组织样中的表达量,结果发现在7种组织中高表达(肝脏、小肠、背最长肌、股四头肌、肠周脂、皮下脂、尾脂)。在2组羊同一组织的比较中发现,4个重要候选miRNA与其靶基因在7种组织中的表达模式均相反,存在直接靶向关系;miR-320d在瘦尾组尾脂中的表达量显著高于对照(P<0.05),靶基因SCD相反,miR-320d可能靶向SCD作用于尾脂,直接负向调控尾脂;miR-151b在瘦尾组皮下脂中的表达量显著高于对照(P<0.05),靶基因ACACA相反,miR-151b可能靶向ACACA作用于皮下脂,间接负向调控尾脂;miR-6715在瘦尾组股四头肌中的表达量显著高于对照(P<0.05),靶基因ACSS2相反,miR-6715可能靶向ACSS2作用于股四头肌,间接正向调控尾脂;miR-378在瘦尾组肝脏中的表达量显著高于对照(P<0.05),而靶基因ELOVL5相反,miR-378可能靶向ELOVL5作用于肝脏,间接正向调控尾脂。4、miRNA-320d在绵羊脂肪细胞中的功能分析对绵羊尾脂前体脂肪细胞进行分离培养、诱导分化,结果发现miR-320d在细胞分化第6 d极显著高表达,揭示其在分化中后期发挥调节作用;双荧光素酶报告系统证实miR-320d与SCD存在直接靶向关系;转染细胞后发现,靶基因SCD的基因表达量和蛋白表达量在miR-320d过表达组极显著低于阴性对照组和抑制组(P<0.01),表明miR-320d抑制了靶基因SCD的转录和翻译;细胞活性检测结果表明miR-320d对细胞分化具有抑制作用;当miR-320d过表达时,靶基因SCD以及脂肪酸代谢通路上的4个下游基因(ACACA、ELOVL6、ELOVL5、FASN)表达量均降低,揭示miR-320d可能通过靶向SCD负调控脂肪酸代谢通路,影响尾脂沉积。通过small RNA测序、miRNA-seq生信分析、ceRNA调控网络构建、组织特异性表达分析和细胞功能验证,发现miR-320d、miR-151b、miR-6715、miR-378可作为绵羊尾脂沉积的重要候选miRNA,其中miR-320d与SCD存在直接靶向关系,抑制绵羊前体脂肪细胞的分化,可能通过靶向SCD抑制SCD在脂肪酸通路中的正向调控作用,从而调节绵羊尾脂沉积。以上研究为揭示绵羊驯化过程中的脂尾形成和绵羊尾脂沉积调控机制提供了新的线索和参考。
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