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绵羊肠道转录组表达特征分析及其与骨骼肌转录调控对话的初探

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1 引言

1.1 绵羊消化系统与产肉能力的关系

1.2 转录组测序在绵羊的应用研究

1.3 动物mRNA-miRNA-lncRNA联合分析研究进展

1.4 本研究的目的意义

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 肠道转录组测序与分析

2.3 肠道联合分析方法

2.4 骨骼肌转录组分析方法

3 结果与分析

3.1 肠段间转录组分析

3.2肠段间转录组差异分析

3.3 绵羊肠道组织mRNA-lncRNA-miRNA联合分析

3.4 绵羊骨骼肌组织转录组分析

4 讨论

4.1 肠道转录组关键调控基因

4.2 联合分析表明非编码RNA广泛参与肠道转录后调控

4.3 肌肉转录组中影响肌肉生长和产肉性状的lncRNA

4.4 肠道与骨骼肌转录组关系有待进一步研究

5 结论

6 创新点

参考文献

致谢

9 攻读学位期间发表论文情况

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摘要

绵羊是最重要的肉用家养动物之一，不同品种的绵羊在产肉能力上存在差异，而这一差异可能与消化能力的高低有关。为了阐明绵羊肠道消化吸收能力与产肉性状在分子遗传调控机制上的联系，本研究以肉用培育绵羊品种杜泊羊和裘肉兼用地方绵羊品种小尾寒羊为试验材料，对其肠道组织（包括十二指肠、盲肠和结肠）进行mRNA表达谱特征分析，以及mRNA-miRNA-lncRNA联合分析，筛选出在绵羊消化系统的十二指肠、盲肠和结肠中发挥关键调控作用的基因、miRNA与lncRNA，并与骨骼肌转录组进行初步的对话分析。本研究取得的主要结果如下： 1、在十二指肠、盲肠和结肠中，分别发现品种间差异表达基因2913、3000和3317个。杜泊羊上调基因主要富集到与细胞周期调控、脂类和糖类代谢相关的生物学过程与通路中，小尾寒羊上调基因主要富集到与免疫反应、嘌呤代谢、嘧啶代谢、甘油磷脂代谢等生物学过程与通路。基因互作网络分析揭示出三段肠道中6个关键基因与5个关键调控模块，并发现基因PIK3CA在三段肠道同时被鉴定为关键基因，可能是杜泊羊与小尾寒羊品种间差异的关键调控因子。 2、在肠段间差异分析中，十二指肠与大肠（盲肠与结肠）间检测到2115个差异基因。十二指肠上调基因主要富集到与脂肪酸消化吸收、脂类代谢、糖类代谢相关的生物学过程与通路，大肠上调基因主要富集到与免疫反应、细胞增殖凋亡调控有关的生物学过程与通路。盲肠与结肠间发现差异表达基因257个，盲肠上调基因未获得显著富集，而结肠上调基因富集到糖鞘脂合成类通路中。互作网络分析揭示出3个核心调控模块和8个关键基因可能在肠段间差异调控中起到关键作用。 3、肠道组织转录组的mRNA-miRNA-lncRNA联合分析中，鉴定出296个差异表达lncRNA。构建了76个差异miRNA、126个差异lncRNA和822个蛋白编码基因组成的联合调控网络与对应的ceRNA网络，共85个lncRNA被判定为潜在的ceRNA。在品种间联合分析中，共发现4个关键miRNA与5个关键lncRNA参与调节DNA修复、细胞增殖凋亡调控、应激、代谢等功能，表明非编码RNA在肠道组织转录组的转录后调控中可能发挥了关键作用。在肠段间联合分析中，发现20个miRNA和47个lncRNA参与了十二指肠与大肠间的转录后差异调控，它们可能主要在糖类代谢和脂类代谢中发挥作用。在盲肠与结肠间未能发现ceRNA调节模式，但发现2个lncRNA和miR-215 可能对两个肠段的转录后调控差异起到关键影响。 4、肠道转录组与骨骼肌转录组的比较与初步对话表明，在产肉能力差异的绵羊品种间，有182个蛋白编码基因与4个lncRNA同时在肠道组织和骨骼肌组织中差异表达，它们可能在肠道组织和骨骼肌组织中同时起到调控作用。其中40个蛋白编码基因被发现在肠道或骨骼肌中特异性高表达，更有18个被发现可能于肠道或骨骼肌的不同发育时期间呈现差异性表达，这些基因同时满足了品种间差异性与组织特异性，很可能是影响不同绵羊品种的消化能力和产肉性状的重要基因。

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