猪不同生长发育阶段脾脏转录组差异及物种间比较转录组分析

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:norn1
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脾脏在循环系统中的位置和特殊的淋巴结结构,使其成为了一种独特的淋巴器官,不仅是哺乳动物机体内最大的免疫器官,同时也是最大的血液过滤器,对维持机体的免疫稳态、衰老红细胞的回收和铁离子的转运具有重要作用。LncRNAs作为调控网络中的重要一员参与了一系列的生物学过程。目前,缺少关于蛋白编码基因和lncRNAs在脾脏不同生长发育阶段和不同物种中的研究。本研究选取家猪5个不同生长发育时间点和3头成年野猪,及其余9种哺乳动物的脾脏组织为研究对象,对一共39个样本进行链特异性lncRNA测序,通过一系列生物信息学的分析方法,对脾脏功能性转录组和调控性转录组进行研究,主要研究结果如下:(1)在猪不同生长发育阶段的18个样本中,一共鉴定出15,040条lncRNAs,包含了12,967个lncRNAs基因。其中,有6,898条lncRNAs在上述所有样本中共表达,约占生长发育阶段鉴定到的总lncRNAs的45.86%。(2)与蛋白编码基因相比,lncRNAs具有转录本长度更短、外显子数目更少和表达水平更低的特性。(3)在猪不同生长发育阶段的脾脏中,反义链内含子区域与lncRNAs有重叠的蛋白编码基因主要富集在T细胞活化、B细胞的增殖和分化、适应性免疫应答和金属离子的结合等生物学通路上,暗示了lncRNAs的生物学功能可能与其邻近的基因相关。(4)基于猪不同生长发育阶段转录组的表达量数据显示,蛋白编码基因和lncRNA均可以将样本按照不同生长发育时间点区分开。基于样本间表达量的Pearson相关系数显示,样本可以划分为胚胎发育期、哺乳期和性成熟期,且lncRNAs具有更灵敏的时空特异性。通过PSI值对蛋白编码基因外显子的可变剪切潜能进行打分,也可以将样本按照不同生长发育时间点区分开。(5)短时间序列(STEM)研究发现,蛋白编码基因和lncRNAs具有类似的动态表达模式。表达量呈现上升趋势的模块,基因主要富集于先天性免疫应答、适应性免疫应答和T细胞增殖的正调控作用等生物学过程;表达量呈现下降趋势的模块,基因主要富集于细胞分裂、DNA的复制、细胞增殖等生物学过程。(6)共表达网络的结果显示,与时间变量相关的蛋白编码基因和lncRNAs主要富集于适应性免疫应答、B细胞受体信号通路和T细胞的活化等生物学过程。(7)不同生长发育阶段差异表达分析结果显示,血浆铜蓝蛋白前体(ceruloplasmin precursor,CP)基因在所有时间点呈现出差异表达,其具有亚铁氧化酶活性,能将Fe2+氧化为Fe3+,并且不释放氧自由基,还与铁离子的跨膜运输有关,这与脾脏的生物学功能相一致。(8)在十个物种中鉴定得到4,783个1:1的同源蛋白编码基因,其中有2,780个(58.12%)在十个物种脾脏组织中都有表达。同时,在十个物种脾脏组织中一共鉴定到1,407个具有同源关系的lncRNAs。(9)基于十个物种转录组的表达量数据显示,同源蛋白编码基因和同源lncRNAs均可以将样本按照不同物种区分开,且同源lncRNAs的表达模式具有较低的物种保守性。蛋白编码基因同源外显子的可变剪切潜能也可以将样本按照不同物种区分开,且在物种间的保守性较低。(10)既是物种特异性表达,又是表达量受到选择的基因功能富集结果显示,在农业动物中存在与药物反应相关的生物学过程。综上所述,脾脏转录组在猪生长发育过程中展现出了其特定的功能变化,且其生物学功能在不同物种中存在差异,这将为今后的相关研究提供参考,具有重要的理论和实践意义。
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