基于RNA-seq数据筛选鸡睾丸附睾间差异表达基因及其功能分析

本文旨在通过对种公鸡睾丸和附睾进行转录组测序和生物信息学分析,筛选出2种组织中的差异表达基因并分析其生物学功能,探究睾丸和附睾在鸡精子发生和成熟过程中的作用。本研究共以8只公鸡的睾丸和附睾组织为对象,采用RNA-seq技术分析2种组织中的基因表达情况,筛选出差异表达基因并对差异表达基因进行GO和KEGG通路富集分析。结果表明,在种公鸡的睾丸和附睾组织的样本中平均获得3.1×107条cleanreads,其中80%的cleanreads比对到鸡参考基因组上。与附睾组织相比,睾丸中共有5124个差异表达基因,包括2 300个上调基因和2 814个睾丸下调基因。GO富集分析表明,差异表达基因主要富集在细胞分化、细胞发育和细胞粘附以及蛋白质分解过程;KEGG通路主要富集在MAPK通路、谷胱甘肽代谢途径、细胞色素P450对外源物质的代谢作用途径、药物代谢-细胞色素P450途径。综合分析基因表达水平,GO和KEGG富集结果表明,睾丸中上调表达基因LAMTOR3、AVBD10、HPGDS可能在精子发生过程中发挥作用;附睾中上调基因TRIM36、TCP11在调节精子运动能力中发挥重要作用;睾丸在外源物...     

大豆异黄酮对香猪睾丸形态及精子发生标志基因表达的影响

为研究大豆异黄酮(soybean isoflavones,SI)对香猪睾丸形态及精子发生标志基因表达的影响,选择40头健康的28日龄雄性香猪,随机分成4组,每组10个重复,每个重复1头猪。1、2、3和4组分别在基础饲粮中添加0、125、250和500 mg/kg SI,饲喂60 d后从各组分别随机选取5头屠宰,采取睾丸样品,分析睾丸的组织形态及E型钙粘连蛋白1(Cdh1)、联会复合体蛋白3(SCP3)、过渡蛋白1(Tnp1)和波形蛋白(Vim)基因的表达。结果表明:各添加水平的SI均造成了睾丸曲细精管中空泡的形成,减少了管腔中成熟精子的数量;饲粮添加SI极显著降低了睾丸组织Cdh1、SCP3和Tnp1基因的表达量(P<0.01);添加250 mg/kg的SI显著降低了睾丸组织Vim基因的表达量(P<0.05)。由此可知,饲粮添加125、250、500 mg/kg的SI对香猪睾丸形态有明显损伤,抑制了精子发生标志基因的表达;250 mg/kg SI显著抑制猪睾丸支持细胞标志基因表达。     

基于高通量测序技术筛选与山羊精子发生有关的lncRNAs

为了筛选出与精子发生有关的lncRNAs,本研究利用Illumina HiseQ 4000平台对山羊在出生期、初情期和成年期3个阶段的睾丸进行了lncRNAs测序分析。共产生了8 183个新的lncRNAs转录本。不同组间lncRNAs的差异表达分析显示,分别有1 167,5 392和5 465条lncRNAs转录本的表达有显著性差异,随机选择9个差异表达的基因进行qPCR验证,定量结果与测序结果一致。对lncRNAs的靶基因进行预测,其中5 477个编码蛋白的基因受到顺式作用调控,445个编码蛋白的基因受到反式作用调控。将差异显著的lncRNAs的靶基因进行了GO功能富集分析和KEGG途径富集分析,共有57个候选mRNA富集到精子发生功能中,它们分别靶向到50条新发现的lncRNAs,选出3个进行qPCR验证发现其在不同时期差异显著且表达趋势与靶基因一致,推测这些lncRNAs可能对靶基因有调控作用。该研究为进一步了解lncRNAs在睾丸发育和精子发生中的功能和机制提供了数据支持,极大地缩小了与精子发生相关lncRNA的研究范围,为揭示雄性的生殖功能提供了重要靶点。     

鸡lncRNA-MSTRG.15568.9及其预测靶基因的表达

试验旨在了解在鸡睾丸中高表达的1个长链非编码RNA （long non-coding RNA,lncRNA）及其预测靶基因的时空表达规律,研究二者在鸡弱精子症中的调控作用。根据弱精子症和正常北京油鸡公鸡睾丸转录组测序筛选到的1个高表达的lncRNA （MSTRG.15568.9）,采用顺式（cis）作用模式预测其潜在靶基因SPAG4（sperm-associated antigen 4）,进一步采用实时荧光定量PCR方法进行表达量分析。分别选择3只0、5、20、30、45、60周龄正常北京油鸡公鸡,检测MSTRG.15568.9与SPAG4基因在不同周龄公鸡睾丸中的表达量差异;选择30周龄3只正常公鸡,采集睾丸、肝脏和脾脏等8个部位组织样品,检测MSTRG.15568.9与SPAG4基因在不同组织间的表达规律;选择45周龄弱精子症公鸡和正常公鸡各3只,对比MSTRG.15568.9与SPAG4基因在睾丸的表达量差异。结果显示,MSTRG.15568.9与SPAG4存在明显的时空表达差异,且二者表达趋势基本一致。在不同周龄的鸡睾丸组织中,MSTRG.15568.9和SPAG4的表达趋势相近,MSTRG.15568.9在20周龄的表达量显著高于0、5、30、45、60周龄（P<0.05）,0和5周龄表达量显著低于20、30、45和60周龄（P<0.05）;SPAG4在45周龄表达量最高,其次是20周龄（P<0.05）。MSTRG.15568.9和SPAG4在睾丸和肝脏中的表达量均显著高于脾脏、肾脏等组织（P<0.05）;在正常睾丸组织中的表达量均显著高于弱精子症睾丸组织（P<0.05）。综上所述,MSTRG.15568.9与SPAG4基因具有较明显的组织表达特异性,且MSTRG.15568.9可能调控SPAG4基因的表达,参与精子发生与精子活力调控;但其具体作用机制需要进一步探索。本研究可为鉴定与鸡弱精子症调节机制相关的功能基因提供参考。     

鸡lncRNA-MSTRG.15568.9及其预测靶基因的表达

试验旨在了解在鸡睾丸中高表达的1个长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)及其预测靶基因的时空表达规律,研究二者在鸡弱精子症中的调控作用。根据弱精子症和正常北京油鸡公鸡睾丸转录组测序筛选到的1个高表达的lncRNA(MSTRG.15568.9),采用顺式(cis)作用模式预测其潜在靶基因SPAG4(sperm-associated antigen 4),进一步采用实时荧光定量PCR方法进行表达量分析。分别选择3只0、5、20、30、45、60周龄正常北京油鸡公鸡,检测MSTRG.15568.9与SPAG4基因在不同周龄公鸡睾丸中的表达量差异;选择30周龄3只正常公鸡,采集睾丸、肝脏和脾脏等8个部位组织样品,检测MSTRG.15568.9与SPAG4基因在不同组织间的表达规律;选择45周龄弱精子症公鸡和正常公鸡各3只,对比MSTRG.15568.9与SPAG4基因在睾丸的表达量差异。结果显示,MSTRG.15568.9与SPAG4存在明显的时空表达差异,且二者表达趋势基本一致。在不同周龄的鸡睾丸组织中,MSTRG.15568.9和SPAG4的表达趋势相近,MSTRG.15568.9在20周龄的表达量显著高于0、5、30、45、60周龄(P0.05),0和5周龄表达量显著低于20、30、45和60周龄(P0.05);SPAG4在45周龄表达量最高,其次是20周龄(P0.05)。MSTRG.15568.9和SPAG4在睾丸和肝脏中的表达量均显著高于脾脏、肾脏等组织(P0.05);在正常睾丸组织中的表达量均显著高于弱精子症睾丸组织(P0.05)。综上所述,MSTRG.15568.9与SPAG4基因具有较明显的组织表达特异性,且MSTRG.15568.9可能调控SPAG4基因的表达,参与精子发生与精子活力调控;但其具体作用机制需要进一步探索。本研究可为鉴定与鸡弱精子症调节机制相关的功能基因提供参考。     

梅山猪UBE2b基因的克隆及组织表达特征的研究

UBE2b基因编码的泛素结合酶参与的泛素-蛋白酶通路(UPP)在哺乳动物精子发生中起着重要作用。本研究根据相关ESTs拼接的序列采用PCR扩增鉴定的方法获得梅山猪UBE2b基因cDNA全序列,对其序列进行生物信息学分析,利用半定量RT-PCR的方法研究150日龄梅山公猪UBE2b基因的组织表达特征和不同日龄(2、30、60、90、150日龄)公猪睾丸的表达规律。结果表明:梅山猪UBE2b基因cDNA全长1 329 bp,编码153个氨基酸,具有UBCc家族的保守结构域。该基因编码氨基酸序列在不同物种间具有较高的保守性,根据编码氨基酸序列构建的分子进化树显示猪与牛的亲缘关系最近,与斑马鱼的关系最远。UBE2b基因在梅山公猪各组织中广泛表达,其中睾丸为高丰度表达。该基因在梅山猪睾丸中的表达随日龄增加呈显著上升趋势,与睾丸发育显著相关(r=0.82,P<0.01),推测UBE2b可能在梅山猪精子发育和性发育中起重要作用。     

通过比较转录组分析鉴定山麻鸭开产调控基因

蛋鸭开产与卵巢发育有紧密联系，本实验旨在探索山麻鸭开产前后卵巢形态变化及基因表达的差异，鉴别参与启动开产的关键基因，为后期蛋鸭开产相关的分子遗传机制研究奠定基础。在山麻鸭开产前后的S1期（81日龄）和S2期（137日龄）分别选取3个个体的卵巢基质进行转录组测序，对转录组数据开展差异表达分析、功能富集分析及关键基因筛选，同时对关键基因进行荧光定量PCR(qRT-PCR)验证。在差异倍数log2转换的绝对值（|log2(FoldChange)|）大于1.5、矫正P值<0.05的筛选条件下鉴别出382个差异表达基因。基于382个差异表达基因的GO功能注释发现与卵泡生长和卵巢功能调节相关的通路：细胞外基质的组织、细胞外基质结构成分和含有胶原蛋白的细胞外基质相关途径；KEGG富集分析发现上述基因显著富集于ECM受体相互作用和PI3K-Akt信号通路。在涉及上述重要富集通路的基因中有9个基因交集：CD44、COL1A1、COL6A1、CREB3L1、ITGB2、THBS2、VWF、VEGFC、WNT5B，通过qRT-PCR验证了这9个基因在转录组数据差异表达方面的可靠性。在这9个基因中，CO...     

鸡贮精腺差异表达基因的研究

用mRNA差异显示技术对鸡贮精腺中基因的差异表达进行研究,分离并筛选出1个差异表达片段SST01,经测序和BLAST分析,发现SST01与鸡2号染色体上的neurexophilin基因高度同源(98%)。Neurex-ophilin是一种只在神经细胞中分泌的糖蛋白,说明神经系统参与贮精腺内精子的贮存或释放。Neurexophilin作为精液素的配体发挥功能,而精液素使细胞粘连,从而说明neurexophilin参与精子在贮精腺内的贮存过程。     

外源褪黑激素对罕山白绒山羊绒毛生长相关基因表达差异的影响

试验旨在筛选罕山白绒山羊皮肤毛囊生长脱落相关的关键基因,并揭示外源褪黑激素（Melatonin,MT）对罕山白绒山羊绒毛生长相关基因表达差异的影响。选择10只体重平均为33.3 kg、年龄为20月龄的罕山白绒山为实验动物,分为2组,从2014年12月开始每隔1个月按照2 mg/（kg·BW）的剂量在埋植组绒山羊耳后皮下埋植MT,于2015年9月采集2组罕山白绒山羊皮肤组织进行RNA-Seq测序,对差异表达基因进行筛选、功能注释和富集分析。共筛选获得了475个在埋植组与对照组中差异表达的基因,其中,上调表达基因392个,下调表达基因83个。KEGG富集性分析表明,差异表达基因主要参与白细胞经内皮迁移、趋化因子信号通路、fcγ-R介导的吞噬作用、吞噬体、造血细胞谱系、补体级联和混凝级联、细胞因子—细胞因子受体相互作用、NF-kappa B信号通路、PI3K-Akt信号通路等。PI3K-Akt信号通路可能在褪黑激素调控皮肤毛囊发育中发挥重要作用。研究结果为进一步研究MT影响皮肤毛囊生长的分子机理提供依据。     

牦牛GPX基因家族生物信息学及表达分析

本研究旨在筛选F1代雄性不育犏牛与正常牦牛谷胱甘肽过氧化酶家族（GPXs）差异表达基因（DEGs）,探索在牦牛附睾精子成熟过程中可能发挥重要作用的调控基因和生物学功能。从转录组测序数据库中筛选并鉴定得到牦牛GPXs基因,利用生物信息学方法分析GPXs基因理化性质、基因结构、系统进化关系、表达情况以及GPXs蛋白多序列比对、二级结构、三级结构。结果显示：共鉴定了8个牦牛GPXs基因（GPX1～GPX8）,分子量为22.60～56.31 ku,等电点为5.09～5.32,包含4～8个保守元件;GPXs蛋白具有共同保守氨基酸序列,在蛋白二、三级结构分析中显示都存在反向平行的β-折叠结构,并与ALOX5、GSS、GSTM3蛋白均存在相互作用;系统进化树显示,GPX基因家族在反刍动物的同源性最高;牦牛和犏牛附睾组织检测到GPX2、GPX3、GPX5、GPX8基因表达存在显著性差异。研究表明,牦牛GPXs基因家族结构高度保守,功能上可能参与调控牦牛附睾精子抗氧化等过程。     

氟苯尼考胁迫下弗氏柠檬酸杆菌转录组测序研究

为了探究弗氏柠檬酸杆菌的耐药机制，试验使用氟苯尼考为诱导药物，提取正常培养与400 μg/mL氟苯尼考胁迫下的菌株RNA，利用转录组测序技术对菌株间基因表达水平与差异表达基因进行了分析。结果显示，每个样品平均产出1.31 Gb数据，与参考基因组的平均比对率为67.01%。对样品间差异表达基因进行检测，共筛选出2 019个显著差异表达基因，其中上调963个，下调1 056个，并发现emrA和emrB 2个基因。KEGG Pathway分析中，富集到代谢途径的显著差异表达基因最多，占全部的72%，碳水化合物代谢、能量代谢、氨基酸代谢、膜转运等通路明显富集。GO功能分析中，生物过程分布的显著差异基因最多，占全部的46%。显著差异表达基因主要涉及到代谢进程、催化活性、结合。本试验结果表明，弗氏柠檬酸杆菌耐药性的产生可能与细胞外排泵介导的主动外排作用、靶位改变、酶的水解作用、细胞膜通透性改变及生物膜的形成有关。     

MSTN基因编辑牛肌肉转录组测序及生物信息学分析

为探究肌生长抑制素（myostatin,MSTN）基因对牛肌肉发育的具体调控机制,本研究选取同一牛场健康鲁西黄牛10头,其中通过转基因技术得到的基因编辑牛MSTN^-/-和同种非转基因野生型牛各5头。分别采集两组牛腿臀肌肉样品,利用IIlumina HiSeq高通量测序技术进行转录组测序分析,通过生物信息学方法比较两组样本间的差异表达基因,并进行GO和KEGG富集分析,最后利用实时荧光定量PCR验证转录组测序数据。结果显示,基因编辑型牛和野生型牛之间共检测到18 071个基因。在log₂|FoldChange|≥ 1.48条件下,筛选出406个差异表达基因,其中347个显著上调,59个显著下调。GO功能富集分析显示,MSTN基因编辑后显著影响915个功能类别（P<0.05）,差异基因主要参与结合、生物系统调节、免疫系统等相关功能。KEGG通路富集分析结果共涉及211个通路,差异基因主要富集在细胞黏附分子、趋化因子信号通路、细胞因子互作等信号通路上,进一步从中筛选出可能参与细胞生长、肌肉发育的差异基因（CD14、KIT、CSF1R、FBP1、DUSP4、ULBP21、PRKCB、SPN、CHAD、SRC）。实时荧光定量PCR检测结果显示,所选差异基因表达水平与转录组表达水平一致,证明测序结果的可靠性。本研究结果表明,MSTN基因发挥作用后可以介导多个下游基因表达,从而影响相关信号通路及生物学过程;同时,所筛选出的差异表达基因可作为进一步研究骨骼肌调控机制的候选靶标。     

绵羊精子细胞核质转运蛋白KPNA4的研究

旨在对绵羊附睾头、体和尾部的精子进行蛋白质组学分析,获得差异表达蛋白,对数据进行功能富集分析,挖掘精子发生/成熟关键蛋白质。本研究选择12月龄左右健康的3只雄性湖羊为试验动物,分离附睾并按区域收集精子,3组样本(附睾头部组、附睾体部组和附睾尾部组),每组3个生物学重复,共计9例绵羊精子细胞样本。基于TMT标定定量蛋白质组学分析和R语言等工具,在获取的差异表达蛋白中进行GO和KEGG富集分析,并利用蛋白质免疫印迹(Western bolt)、免疫荧光(immunofluorescence)和流式细胞术(flow cytometry)试验验证结果的可靠性。从22 841个唯一性肽中鉴定到差异蛋白质616种,其中,尾vs头组鉴定出309个差异表达蛋白(上调213个,下调96个);尾vs.体组鉴定出167个差异表达蛋白(上调107个,下调60个);体vs头组鉴定出140个差异表达蛋白(上调88个,下调52个)。根据差异倍数与蛋白质功能,筛选出可能与精子成熟、核质物质转运相关的关键蛋白-KPNA4。本研究揭示了绵羊附睾不同部位精子的特点与差异,这些数据为研究雄性绵羊的生殖机制和精子成熟提供了丰富的资源。     

miRNA and piRNA expression profiles of breeder cock testes detected by next‐generation sequencing

miRNAs are small non‐coding regulatory RNAs that play key roles in diverse biological processes. In this study, we used the Solexa sequencing technique to profile miRNAs in breeder cock testes to illustrate their functions. A total of 663 co‐expressed miRNAs and 3,180 co‐expressed piRNAs were detected in three libraries. Based on Mir‐X^? miRNA qRT‐PCR, three miRNAs representing low, medium and high expression levels according to the sequencing results were selected randomly to validate the miRNAs' expression profiles. Results suggested that the miRNA expression profiles data could represent actual miRNA expression levels. Moreover, target genes prediction of the co‐expressed miRNAs and further Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes analyses were performed, which revealed that some candidate miRNAs were involved in the regulation of the spermatogenesis process, spermatozoa function and testicular metabolism. In conclusion, we provided a useful resource for further elucidation of the miRNAs' regulatory role in spermatogenesis, contributing to a preliminary database for functional and molecular mechanistic studies in testicular metabolism, spermatogenesis and other testes functions.     

鸡毒支原体MG-HY株感染鸡气管的转录组学分析

旨在进一步探究鸡毒支原体（MG）感染SPF雏鸡后气管基因组转录水平的变化,筛选出MG感染后参与气管黏膜炎性损伤的差异表达基因和调控通路。使用MG-HY株菌液按0.2 mL·羽^-1经点眼滴鼻感染SPF雏鸡,感染后收集气管组织利用RNA-Seq技术进行测序分析。转录组分析结果显示,在MG感染期间RNA-seq共筛选出3 112个显著（P<0.01）差异表达基因（DEGs）,其中,1 646个上调基因,1 466个下调基因。GO功能分析显示,差异基因主要涉及生物调节、刺激的反应、多细胞生物过程、细胞成分组织或生物发生等生物过程。KEGG-Pathway分析发现差异基因参与黏膜免疫信号传导通路,例如：细胞因子-细胞因子受体相互作用,细胞黏附分子（CAMs）,细胞外基质（ECM）受体相互作用、紧密连接、PPAR信号通路和MAPK信号通路等,表明这些基因参与了MG诱导的雏鸡气管炎症反应和损伤。使用qRT-PCR验证与黏膜免疫相关的13个差异表达的基因,其结果与转录组分析一致。本研究为进一步阐明MG感染导致宿主气管黏膜上皮损伤和黏膜免疫机制提供了基础。     

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RNA-seq数据鉴定苏姜猪肉质性状相关基因

试验通过对苏姜猪背最长肌和腿肌进行转录组分析,旨在挖掘影响苏姜猪肌肉肉质性状的候选基因。选取90和180日龄苏姜猪各3头,利用RNA-seq技术对90日龄苏姜猪背最长肌、180日龄苏姜猪背最长肌和腿肌进行测序,对差异表达基因进行GO功能和KEGG Pathway显著性富集分析。结果显示,180日龄苏姜猪背最长肌和90日龄苏姜猪背最长肌中有1 655个基因差异表达,其中474个基因表达上调,1 181个基因表达下调,GO功能和KEGG Pathway显著性富集分析发现,474个表达上调基因主要参与肌肉纤维、转录调节、钙信号通路、MAPK信号通路、胰岛素信号通路、FOXO信号通路等生物学功能,1 181个表达下调基因主要参与免疫、造血、溶酶体、绑定、酶活性等生物学功能;180日龄苏姜猪背最长肌和腿肌中有383个基因差异表达,其中70个基因表达上调,313个基因表达下调,GO功能和KEGG Pathway显著性富集分析发现,70个表达上调基因未能显著富集,313个表达下调基因主要参与细胞分化增殖、肌肉发育、细胞外基质、cGMP-PKG信号通路等生物学功能。本试验获得了苏姜猪背最长肌和腿肌组织的转录组信息,筛选出6个与苏姜猪肉质性状相关的候选基因：FOXO1、FOXO3、FOXO4、MYF6、A-FABP和H-FABP,为深入研究苏姜猪肉质性状的分子机理奠定基础。