利用加权基因共表达网络分析筛选天农麻鸡胴体性状候选基因

旨在通过转录组测序(RNA-Seq)与加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)筛选慢速型黄羽肉鸡天农麻鸡胴体性状相关候选基因。本研究以104只天农麻鸡为素材,在126日龄时进行屠宰,测定胸肌重等7个胴体性状,采集胸肌组织进行RNA-Seq。基于RNA-Seq数据获得基因表达矩阵后,结合表型进行WGCNA分析,确定目标模块,筛选目标模块的枢纽基因,并分别进行KEGG通路富集、蛋白质互作网络(protein-protein interaction network,PPI)构建和相关性分析。104份胸肌组织RNA-Seq质控后获得15 092个基因的表达量。与胴体表型进行WGCNA,共得到19个模块,其中4个模块与胴体性状极显著相关。功能富集结果表明,目标模块内基因主要富集在ECM-受体相互作用、黏着力等通路。以|Module membership|> 0.8、|Gene significance|> 0.2为标准筛选到58个枢纽基因,并通过PPI网络构建鉴定到5个网络节点基因,整合相关性分析确定COL1A2和SPARC为最重要候选基因。本研究通过大样本量转录组分析,发现ECM-受体相互作用等通路在天农麻鸡胴体性状调控中发挥主要作用,筛选到COL1A2和SPARC是影响全净膛率性状的重要候选基因,研究结果为鉴定选育分子标记,解析胴体性状分子机制奠定理论基础,为慢速型黄羽肉鸡育种提供重要参考。     

中国美利奴羊胚胎骨骼肌发育的加权基因共表达网络分析

旨在对绵羊胚胎骨骼肌lncRNAs（long non-coding RNA）进行鉴定分析,以阐明其在肌纤维类型转换与肌纤维增粗过程中的调控机制。本研究选取体重相近的成年中国美利奴母羊进行同期发情和人工授精,通过全转录组测序技术对其妊娠第85（D85N）、105（D105N）和135天（D135N）的胎儿背最长肌组织进行测序,设置D85N vs D105N、D105N vs D135N和D85N vs D135N 3个比较组,通过比较筛选出显著差异表达的lncRNA与mRNA。利用加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）方法构建共表达模块,使用DAVID在线工具和R-package进行GO和KEGG富集分析以找到与肌肉发育相关的模块。最后从目标模块中筛选出高连通度的lncRNAs和mRNAs,通过它们与miRNAs间的靶向预测关系建立lncRNA-miRNA-mRNA共表达网络。根据WGCNA分析结果,共得到25个模块。功能富集显示,模块中的核心基因主要富集于细胞粘附、Wnt、紧密连接、mTOR、AMPK及ECM-受体相互作用等肌肉发育相关的信号通路,选出模块中连通度高的lncRNAs和mRNAs构建子网络,得到TNNI2、PIP5K1A、PDK4等关键相关基因,预测出MSTRG.3903、MSTRG.10154、MSTRG.1629、MSTRG.10496、MSTRG.9559、MSTRG.10178、MSTRG.10521、MSTRG.3911、MSTRG.4586、MSTRG.7232等10个与肌肉发育、肌肉疾病、细胞增殖相关的lncRNAs。本研究成功构建了肌纤维发育相关的lncRNA-miRNA-mRNA共表达网络,找到多个与妊娠后期胚胎骨骼肌发育相关的潜在候选基因,为深入研究lncRNA在中国美利奴羊胚胎发育过程中骨骼肌的发育调控机制奠定了基础,也为其他家畜骨骼肌发育机制的研究提供了参考和方向。     

绵羊睾丸差异基因及蛋白质互作网络关系研究

[目的] 整合分析多个绵羊睾丸转录组数据集,揭示绵羊睾丸差异基因及蛋白质互作网络关系,以期探索影响绵羊精子生成的关键基因,为绵羊的繁殖提供理论参考。[方法] 对74个绵羊睾丸转录组进行生物信息学分析,通过limma软件包进行差异基因分析,使用WGCNA构建加权绵羊睾丸差异基因共表达网络,并通过MCODE计算网络中重要基因;利用Metascape进行功能富集分析,利用Cytoscape插件AutoAnnotate识别基因集簇。[结果] 最终筛选到11 884个基因,构建237 366对蛋白质互作关系;对2 058个差异基因构建蛋白质互作网络,产生46 169对蛋白质互作关系,确定了4个得分最高的基因集合。对2 058个差异基因构建加权共表达网络,共获得7个模块,其中Blue模块内有929个基因,功能富集分析发现显著富集于雄性配子产生、繁殖、精子发生、鞭毛运动和AMPK信号通路等,且富集结果高度连接并聚成一个完整的网络,最终确定了25个参与精子发生和精子细胞发育过程的关键基因。[结论] 本研究揭示了绵羊睾丸表达基因的蛋白质互作网络和多维差异基因的蛋白质互作网络,最终找到与睾丸精子发生相关且有互作关系的25个基因,为绵羊繁殖研究提供理论依据。     

基于WGCNA与GSEA方法挖掘调控中卫山羊羊毛弯曲相关基因

旨在探究中卫山羊羊毛弯曲随生长发生变化的分子机制，挖掘不同发育时期影响羊毛弯曲度的关键基因。试验采集了3只中卫山羊出生后45日龄（弯曲毛）和365日龄（直毛）的皮肤组织，进行转录组测序（RNA-seq），使用WGCNA与GSEA分析找出Hub基因。以P-value<0.05和|log₂FoldChange|≥1作为差异表达基因筛选的标准，45日龄为对照组，365日龄为试验组共筛选得到1 252个显著差异表达基因，包括812个表达上调基因和440个下调基因。基于WGCNA方法分析共得到14个模块，其中黄色和绿松石模块与被毛弯曲表型相关。利用String和Cytoscape构建网络，筛选到20个影响羊毛弯曲度的核心基因。从GSEA结果中筛选的被显著富集通路Hedgehog signaling pathway、JAK/STAT signaling pathway、TGF/BETA signaling pathway等参与了毛囊发育调控。综合KEGG、WGCNA、分子网络构建、GSEA分析结果，共同筛选得到基因CCL27、IL7、WNT2，推断这3个基因在调控毛囊发育中起到了关键的调控作用。本研究为进一步阐明动物毛发弯曲的分子机制提供了理论基础。     

中国美利奴羊胚胎骨骼肌发育的加权基因共表达网络分析

旨在对绵羊胚胎骨骼肌lncRNAs(long non-coding RNA)进行鉴定分析,以阐明其在肌纤维类型转换与肌纤维增粗过程中的调控机制。本研究选取体重相近的成年中国美利奴母羊进行同期发情和人工授精,通过全转录组测序技术对其妊娠第85(D85N)、105(D105N)和135天(D135N)的胎儿背最长肌组织进行测序,设置D85N vs D105N、 D105N vs D135N和D85N vs D135N 3个比较组,通过比较筛选出显著差异表达的lncRNA与mRNA。利用加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)方法构建共表达模块,使用DAVID在线工具和R-package进行GO和KEGG富集分析以找到与肌肉发育相关的模块。最后从目标模块中筛选出高连通度的lncRNAs和mRNAs,通过它们与miRNAs间的靶向预测关系建立lncRNA-miRNA-mRNA共表达网络。根据WGCNA分析结果,共得到25个模块。功能富集显示,模块中的核心基因主要富集于细胞粘附、Wnt、紧密连接、mTOR、AMPK及ECM-受体相互作用等肌肉发育相关的信号通路,选出模块中连通度高的lncRNAs和mRNAs构建子网络,得到TNNI2、PIP5K1A、PDK4等关键相关基因,预测出MSTRG.3903、MSTRG.10154、MSTRG.1629、MSTRG.10496、MSTRG.9559、MSTRG.10178、MSTRG.10521、MSTRG.3911、MSTRG.4586、MSTRG.7232等10个与肌肉发育、肌肉疾病、细胞增殖相关的lncRNAs。本研究成功构建了肌纤维发育相关的lncRNA-miRNA-mRNA共表达网络,找到多个与妊娠后期胚胎骨骼肌发育相关的潜在候选基因,为深入研究lncRNA在中国美利奴羊胚胎发育过程中骨骼肌的发育调控机制奠定了基础,也为其他家畜骨骼肌发育机制的研究提供了参考和方向。     

关中奶山羊FGF2基因克隆、生物信息学分析及组织表达研究

【目的】对关中奶山羊成纤维细胞生长因子2（fibroblast growth factor 2，FGF2）基因进行克隆及生物信息学分析，并检测其在山羊各组织中的表达差异，为后续探究该基因的功能奠定基础。【方法】以关中奶山羊乳腺cDNA为模板，采用RT-PCR技术扩增并克隆关中奶山羊FGF2基因完整CDS区序列，进行相似性比对、系统发育树构建及生物信息学分析；运用实时荧光定量PCR方法检测FGF2基因在关中奶山羊心脏、肝脏、脾脏、肾脏、背最长肌、肺脏、乳腺和卵巢组织中的表达情况。【结果】关中奶山羊FGF2基因编码区长468 bp，可编码155个氨基酸，分子质量为17.26 ku，理论等电点为9.58，其中含量最高的是甘氨酸，占10.3%。相似性比对结果表明，关中奶山羊FGF2氨基酸序列与人、牛、马、兔、绵羊、虎鲸和野猪的相似性分别为98.7%、99.4%、100.0%、98.7%、99.4%、99.4%和62.6%。系统进化树显示，FGF2基因在不同物种间具有高度保守性，与马的亲缘关系最近。关中奶山羊FGF2蛋白不稳定指数为38.39，属于稳定亲水性蛋白质，不含跨膜结构和信号肽；FGF2蛋白二级结构含有α-螺旋、β-转角、延伸链、无规则卷曲，分别占比10.32%、14.19%、30.97%、44.52%。蛋白质互作预测分析显示，FGF2蛋白与FGFR、KDR、FGF1、FGFR4、MET和FGFR1等与乳腺生长发育相关的蛋白存在相互作用。实时荧光定量PCR检测到关中奶山羊FGF2基因在心脏、肝脏、脾脏、肾脏、背最长肌、肺脏、乳腺和卵巢中均有表达，在乳腺中表达水平最高，其次为卵巢，在背最长肌中的表达水平最低。【结论】关中奶山羊FGF2基因CDS区序列长468 bp，编码155个氨基酸，为亲水蛋白，二级结构以延伸链和无规则卷曲为主。FGF2基因在关中奶山羊泌乳高峰期的不同组织中均有表达。本试验结果为进一步探究FGF2基因在关中奶山羊乳腺发育中的作用及其具体功能提供了参考。     

奶山羊ACSL6基因克隆及表达调控分析

研究旨在获得西农萨能奶山羊长链脂酰CoA合成酶6（long-chain acyl-CoA synthetase 6，ACSL6）基因CDS序列，初步探究其对奶山羊乳腺上皮细胞脂质代谢的影响。以西农萨能奶山羊原代乳腺上皮细胞为试验材料，对ACSL6基因进行扩增和克隆，并利用实时荧光定量PCR方法对ACSL6基因进行组织表达分析，针对ACSL6基因的碱基序列利用在线软件进行生物信息学分析，采用RNA干扰技术改变奶山羊乳腺上皮细胞中ACSL6基因mRNA的表达水平。结果显示，ACSL6基因CDS区全长为2 169 bp，编码722个氨基酸；生物信息学分析表明ACSL6蛋白为碱性不稳定蛋白。组织表达分析显示，ACSL6基因在奶山羊乳腺组织中高度表达，其次为脾脏。将设计合成的siRNA转染乳腺上皮细胞，发现干扰ACSL6基因的表达使脂质代谢相关基因乙酰辅酶A羧化酶（acetyl CoA carboxylase，ACC）、硬脂酰辅酶A去饱和酶1（stearyl-CoA dehydrogenase 1，SCD1）、脂肪酸转运蛋白36（cluster of differentiation 36，CD36）、固醇调节元件结合蛋白1（sterol regulatory element binding proteins 1，SREBP1）的mRNA表达水平极显著下调（P<0.01）。本研究结果为从蛋白及个体水平上研究ACSL6基因对奶山羊乳腺脂质代谢的影响提供理论依据。     

干扰CREB基因对奶山羊乳腺上皮细胞脂质合成相关基因表达及甘油三酯合成的影响

旨在筛选奶山羊cAMP应答元件结合蛋白CREB（cAMP response element binding protein）基因的siRNA,揭示干扰该基因后对乳腺上皮细胞中乳脂合成相关基因表达及甘油三酯合成的影响。本研究通过qRT-PCR方法从西农萨能奶山羊乳腺组织中扩增CREB基因完整的CDS区,进行序列分析和不同泌乳时期表达水平分析,合成靶向CREB基因的siRNA,利用荧光定量PCR筛选有效siRNA,并检测脂质合成相关基因的表达,采用试剂盒检测细胞内甘油三酯含量。结果表明：1）克隆得到全长为984 bp的奶山羊CREB基因的CDS区（GenBank登录号：MK158073）,并对其进行生物信息学分析。2）该基因在奶山羊泌乳盛期乳腺组织的表达量为干奶期的1.93倍（P<0.05）。3）成功筛选到靶向CREB基因的有效siRNA,干扰效率为72%（P<0.01）;并将其在奶山羊乳腺上皮细胞进行转染,通过qRT-PCR检测脂质合成相关基因的表达,与对照组相比,干扰CREB基因后显著抑制了FASN、ACACA、SCD1、FABP3、LPL、CPT1B、GPAM和DGAT2基因表达量（P<0.05）,并显著增加了HSL基因表达量（P<0.05）;且细胞内甘油三酯含量被显著下调（P<0.05）。综上所述,CREB基因在奶山羊原代乳腺上皮细胞中很可能通过调控脂质代谢相关基因的表达及甘油三酯含量对山羊的乳脂合成过程发挥重要作用。     

基于WGCNA技术研究驴肉嫩度基因及代谢物调控网络

旨在通过WGCNA技术解析转录组和代谢组数据，探究驴肉嫩度调控机制。试验动物采用24~36月龄的健康雌性广灵驴（平均体重236.10 kg），将驴肉剪切力和肌内脂肪含量作为表型数据，以每个样品3个重复进行表型数据测定。本试验基于前期研究的具有显著剪切力和肌内脂肪含量差异的14个广灵驴背最长肌样本的转录组和代谢组测序数据，运用WGCNA技术筛选与驴肉嫩度相关的基因及代谢物并进行转录组与代谢组联合分析，解析嫩度相关基因与代谢物。结果表明，利用WGCNA技术通过|r|≥0.5以及P≤0.05筛选标准得到3个与嫩度相关的关键基因模块Greenyellow、Darkgrey、Darkgreen以及2个关键代谢物模块Brown、Yellow。对关键基因模块进行GO富集分析发现，模块内基因主要在甘油磷脂的生物合成、脂质氧化、脂肪酸β-氧化、细胞大分子分解代谢过程、肌肉器官发育、钙离子结合等GO功能上富集。存在于关键模块内的基因及代谢物经KEGG功能富集分析发现，其大多集中在精氨酸和脯氨酸代谢、Wnt信号通路、蛋白质消化吸收、脂肪酸代谢、TCA循环、胰高血糖素信号通路、甘油磷脂代谢、嘌呤代谢、β-丙氨酸代谢等通路上。联合分析表明，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、β-丙氨酸代谢以及PPAR信号通路可能调控驴肉嫩度。WGCNA及联合KEGG共富集分析筛选到的丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、β-丙氨酸代谢以及PPAR信号通路可能对调控驴肉嫩度有重要作用；而GAD1、PPAT、NIT2、AGMAT、CARNS1、ACOXL以及腺苷酸基琥珀酸、L-脯氨酸、L-谷氨酸、肌酸、高肌肽、肌肽、泛酸、（9S）-羟基十八碳二烯酸则可能是影响驴肉嫩度的候选基因及代谢物。本试验可为今后广灵驴肉质嫩度的分子调控与改良育种提供一定的理论基础。     

干扰PTEN基因对奶山羊乳腺上皮细胞脂质合成相关基因的转录及脂肪酸组成的影响

旨在通过RNA干扰技术揭示蛋白酪氨酸磷酸酶（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10，PTEN）基因在奶山羊乳腺上皮细胞中对乳脂合成及脂肪酸组成的影响。利用RT-PCR方法扩增到西农萨能奶山羊乳腺组织中PTEN基因（GenBank登录号：MK158074.1）的CDS区，进行序列分析和不同泌乳时期差异转录分析。合成靶向该基因的siRNA，由RT-qPCR结果筛选出有效siRNA，将其转染至奶山羊的乳腺上皮细胞，进一步检测干扰该基因后对脂质合成相关基因转录水平及脂肪酸组成的影响。结果表明：本研究首次克隆到奶山羊（Capra hircus）PTEN基因的CDS区，全长为1 212 bp；经序列比对发现，山羊的PTEN基因核苷酸序列同牛（Bos taurus）、猪（Sus scrofa）和人（Homo sapiens）的相似度分别为99%、98%和97%，编码氨基酸序列相似性均在99%以上；蛋白质结构预测发现：其蛋白不存在跨膜结构域，亚细胞定位于细胞质中，N端具有保守的磷酸酶功能区；该基因在奶山羊泌乳盛期乳腺组织中的转录量较干奶期下降51.5%；合成的siRNA转染至乳腺上皮细胞后，成功筛选出理想的siRNA，干扰效率达到94%（P<0.01）；与对照组相比，干扰PTEN基因后显著上调SREBP1、FASN、ACACA、SCD1基因转录量（P<0.01或P<0.05），显著下调LPL、FABP3、ACOX1、CPT1B、GPAM、DGAT2和HSL基因转录量（P<0.01或P<0.05）。脂肪酸检测分析发现：干扰该基因能够显著上调C16：1的去饱和指数（P<0.05），但对C18：1的去饱和指数没有显著影响。综上所述，PTEN基因能够调控乳腺上皮细胞中脂质合成相关基因的转录及脂肪酸组成，在奶山羊乳脂代谢中发挥重要作用。     

Identification of Key Genes of Mammary Gland Development from Pregnancy to Lactation in Dairy Goats by WGCNA

The purpose of this study was to select the key genes of mammary gland development at different physiological stages in dairy goats by weighted gene co-expression network analysis(WGCNA). GSE14008 mammary gland tissue microarray data set of dairy goats at different physiological stages (pregnancy 46 days, 70 days, 90 days, 110 days and 40 days postpartum) was downloaded from GEO database, and co-expression analysis was carried out using WGCNA package of R language. The target modules were selected by correlation analysis between the modules and physiological stages, and the hub genes were selected according to the connectivity degree. After enrichment analysis of the modules using DAVID website, the protein-protein interaction network of the modules was constructed using String website and the core genes were obtained using Cytoscape software, and finally the target genes were obtained from intersection of core genes and hub genes. A total of 8 443 genes from 18 samples were analyzed for co-expression of weighted genes. The 30 modules were obtained, and 4 target modules related to different physiological stages and 30 hub genes of each module were selected. Meanwhile, protein-protein interaction network of 4 modules and 20 core genes of each network were also obtained. Finally, 13 target genes related to mammary gland development were obtained from the 4 modules, which were UQCR, RGL2, NOTCH1, PTBP1, PPP5C, FZR1, UBE2L3, TNF, MAT2A, ITGB2, GPR18, JAK1 and CSN2 genes. The key processes of mammary gland development at different physiological stages and the genes that played the key role in these processes were elucidated by WGCNA, GO enrichment analysis, PPI network and other bioinformatics techniques, which provided a new idea and clue for the further research on the mechanism of mammary gland development.     

综合生理学和转录组学揭示芦竹耐盐的候选基因

为了丰富芦竹(Arundo donax)的耐盐基因资源并为耐盐育种提供理论基础。本研究对长势一致的芦竹分别用不同浓度的NaCl盐溶液处理36 h，测定与抗逆相关的生理指标，同时进行转录组测序和生物信息学分析。结果表明：本次盐胁迫对芦竹的脯氨酸和可溶性糖含量影响较为明显，而其他生理指标变化不显著，说明其对盐环境可能并不十分敏感，具有一定的耐受性。对样本间的差异表达基因进行筛选，共筛选到166个核心差异表达基因，而一些差异倍数较大的基因可能在盐响应的过程中发挥着重要作用。GO与KEGG的富集结果表明芦竹通过硝酸盐、一氧化氮、活性氮、活性氧、类黄酮生物合成等相关途径来响应盐胁迫。利用WGCNA构建差异表达基因的共表达网络，筛选出与脯氨酸含量变化相关的hub基因。总之，本研究为芦竹耐盐基因的挖掘提供依据，也为今后的分子育种奠定了理论基础。     

山羊ACSS2基因的克隆、序列分析及组织表达研究

本研究旨在对山羊乙酰辅酶A合成酶2（acetyl-CoA synthetase 2,ACSS2）基因进行克隆和生物信息学分析,并检测其在山羊不同泌乳时期乳腺组织中的表达量变化。以山羊乳腺组织RNA为模板,采用RT-PCR方法扩增并克隆山羊ACSS2基因完整CDS区序列,对测序结果进行生物信息学分析,并对ACSS2基因在山羊不同泌乳时期乳腺组织中的表达量进行分析。结果显示,山羊ACSS2基因CDS区序列长2 106 bp,编码701个氨基酸;山羊ACSS2基因与牛、马、人、犬、猪、小鼠和鸡的同源性分别为97.8%、92.0%、91.3%、91.3%、91.1%、88.1%和73.3%。蛋白理化性质分析结果表明,ACSS2蛋白分子质量为78.72 ku,理论等电点为6.03,属于酸性蛋白;跨膜结构和信号肽分析表明,ACSS2蛋白不含跨膜结构和信号肽;结构域分析表明,该蛋白含有1个乙酰辅酶A合成酶N端结构域。亚细胞定位分析结果表明,该蛋白主要分布在内质网（44.4%）、线粒体（33.3%）、细胞质（11.1%）和细胞核（11.1%）中。蛋白质结构预测发现ACSS2蛋白含有α-螺旋（29.10%）、延伸链（21.54%）、β-转角（9.84%）及无规则卷曲（39.52%）。实时荧光定量PCR分析结果表明,ACSS2基因在不同泌乳时期均有表达,其中在泌乳中期表达量最高,在干奶期表达量最低。本试验结果为进一步研究山羊ACSS2基因在脂质代谢过程中的功能及转录调控机制提供了参考。     

西农萨能奶山羊泌乳中期和后期乳腺组织差异基因的筛选

旨在利用抑制性削减杂交(SSH)技术筛选西农萨能奶山羊泌乳中期和后期的差异表达基因,并用实时定量PCR(Q-PCR)分析差异基因的表达丰度,探讨奶山羊不同泌乳阶段乳腺组织的基因表达规律。本研究以西农萨能奶山羊泌乳中期和后期乳腺组织的mRNA互为检测子(Tester)和驱动子(Driver)构建cDNA消减文库(M-L和L-M),随机挑选克隆测序,进行序列比对分析,并检测部分差异基因在乳腺组织中的表达丰度。结果,成功构建了泌乳中期和后期的cDNA文库,随机挑选30个克隆测序,得到M-L和L-M文库中与细胞凋亡、抗氧化、脂类代谢、能量代谢等生理过程相关的差异基因,对其中的6个基因进行实时定量分析,发现5个均为阳性克隆,表达水平增加了1.3~5.5倍不等。结果表明,利用SSH技术成功构建了泌乳中期和后期乳腺组织正反向消减cDNA文库,筛选出24个差异基因,为进一步研究奶山羊乳腺组织基因调控机理奠定了基础。