安格斯牛和南阳牛肌内脂肪组织中差异表达circRNAs分析

【目的】筛选牛肌肉脂肪组织中差异表达的circRNAs,为进一步探索circRNAs在牛肌内脂肪沉积和代谢过程中的潜在作用及肉牛改良提供理论基础。【方法】采集安格斯牛和南阳牛右侧背部最长肌第12/13肋骨间肌肉,分离其脂肪组织并提取RNA,采用RNA-seq和生物信息学方法分析2种牛肌内脂肪组织中circRNAs的表达情况,筛选差异表达的circRNAs,并对其进行GO和KEGG富集分析。选取4个差异表达的circRNA(circRNA.9560、circRNA.7431、circRNA.2083、circRNA.6528),对其表达水平进行qRT-PCR验证。【结果】在所有牛样本肌内脂肪组织中共检测到14 649个circRNAs,从中筛选并初步鉴定出111个安格斯牛与南阳牛差异表达的circRNAs,其中有75个在安格斯牛肌内脂肪组织中表达上调,36个表达下调。差异表达的circRNAs主要富集于细胞进程、单有机体进程、代谢过程、细胞、细胞部分、细胞器、分子结合、催化活性、核酸结合转录因子活性的GO条目中。KEGG富集分析结果发现,差异表达的circRNAs共富集到66条信号通路中,其中具有显著差异(P0.05)的信号通路有10个。qRT-PCR验证结果显示,circRNA.9560和circRNA.7431表达量显著下调,circRNA.2083和circRNA.6528表达量显著上调,与测序结果一致。【结论】筛选出111个安格斯牛与南阳牛差异表达的circRNAs,这些circRNAs可能在牛脂肪沉积和脂质代谢过程中发挥着一定的调控作用。     

功能性非编码RNA调控反刍家畜乳脂代谢的研究进展

乳脂既是影响鲜奶质量的关键因素,又是奶牛育种的主要目标性状。为探索乳脂形成规律及其调控的理论和途径,收集国内外最新文献资料,阐述功能性非编码RNA对反刍家畜乳脂代谢的表观遗传学调控。结果表明:1)乳脂合成过程中PPARγ是至关重要的调控因子,在牛上miR-29s、miR-454、miR-34b和miR-27a均与其存在结合位点,分别在启动子区和3’-UTR等位置发挥重要功能,进而影响牛乳腺上皮细胞(BMECs)甘油三酯(TAG)的合成。2)众多调控山羊乳脂代谢的microRNA,其靶基因很多都来自过氧化物酶体增殖物激活受体家族,提示该家族对山羊乳脂合成和分解代谢起着关键调控作用。3)miR-27a目前在反刍家畜牛和羊中均已被鉴定出通过调控PPARγ来抑制TAG的合成及相关成脂基因的表达。4)lncRNA和circRNA调控反刍家畜乳脂代谢机制方面的研究相对较少,主要侧重于lncRNA和circRNA对乳脂的调控是通过microRNA间接作用于成脂基因,对基因的表达具有积极效应。综上,lncRNA、circRNA和microRNA调控乳脂代谢的研究仍在继续,具体的作用机制还有待更深入的研究和探索,进一步为反刍家畜乳脂调控机制研究提供新思路。     

静原鸡胸肌和腿肌肌苷酸特异性沉积相关circRNA的联合分析

旨为分析静原鸡胸肌和腿肌中circRNA的表达模式与肌苷酸(Inosine monphosphate,IMP)在肌肉组织特异性沉积的关系。利用RNA-seq技术对选取的具有相同遗传背景180日龄静原鸡胸肌和腿肌进行全转录组测序,对获得的测序数据进行拼接、比对、注释和差异分析等,并对差异表达的circRNA和mRNA进行GO功能和KEGG信号通路富集分析,使用qRT-PCR对转录组结果进行表达量验证。结果表明:共筛选到circRNA 3 283个,组织特异性表达circRNA 242个。以|log2Fold change|≥1,P0.05为筛选条件,共得到差异circRNA 446个,DEGs 1 100个,差异miRNA 36个;对差异表达的circRNA和mRNA进行GO功能和KEGG信号通路富集分析,两者都显著富集于糖酵解/糖异生通路和心肌细胞的肾上腺素信号传导,并且差异circRNA显著富集于嘌呤代谢通路,DEGs显著富集于氨基酸的生物合成、磷酸戊糖途径、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等与IMP合成高度相关的通路。对差异circRNA进行靶基因预测,构建circRNA-miRNA-mRNA可视化共表达网络,筛选到以novel＿circ＿0013580、novel＿circ＿0012931、novel＿circ＿0011886、novel＿circ＿0013588、novel＿circ＿0007737和novel＿circ＿0008274为核心的转录后调控因子和以PKM2、GART为核心的靶基因,靶向基因分析发现IMP合成关键调控因子可能来源于同一亲本基因的novel＿circ＿0013580和novel＿circ＿0013588,两者能够同时结合novel＿409作用于靶基因GART。对6个circRNA和6个miRNA qRT-PCR检测结果与全转录组测序结果趋势一致。综上,circRNA在静原鸡胸肌和腿肌中的差异性表达与IMP的特异性沉积具有相关性,为研究地方鸡种IMP在肌肉组织中特异性沉积的分子机制提供参考信息。     

CRISPR/Cas9技术在动物非编码RNA功能研究中的应用

CRISPR/Cas9系统是一种广泛存在于细菌和古菌中的免疫机制。近年来,已发展为一种快捷高效的基因编辑工具,用于研究编码或非编码RNA的功能。非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA,其可通过多种调控途径在动物的生长发育、疾病免疫等生理或病理过程中发挥重要的生物学功能。CRISPR/Cas9技术可以靶向核酸序列稳定敲除基因,得到敲除小鼠或细胞系,虽然其在非编码RNA功能研究中的使用干扰了邻近基因或宿主基因表达,但该技术的出现为非编码RNA功能机制的探索提供了不同的途径。本文通过简要概述CRISPR/Cas系统的发展和作用原理,并重点介绍CRISPR/Cas9技术在动物miRNA、lncRNA及circRNA功能研究中的应用,以期为相关研究提供参考。     

苎麻茎皮环状RNA表达谱分析

苎麻[Boehmeria nivea(L.)Gaud.]是我国特色的天然纤维作物,其纤维具有拉伸力强、纤维束长等特点。解析苎麻纤维发育调控机制,对实现纤维产量和品质性状遗传改良具有重要意义。本研究基于高通量测序技术开展了苎麻茎顶部和中部的茎皮组织环状RNA(circRNA)分析,在2个组织中共鉴定到5268个苎麻circRNA。比较circRNA的表达水平发现,78个circRNA在2个组织中呈现差异表达。因苎麻茎中部韧皮纤维处于生长发育期,而茎顶部韧皮纤维尚未起始生长,推测这78个circRNA是纤维不同发育时期差异表达基因,它们可能参与了苎麻的纤维发育调控。研究结果将为解析circRNA调控苎麻纤维生长发育机制奠定基础。     

circRNA的生物学功能及其在家畜动物上的研究进展

环状RNA(circRNA)是一类内源性的环状非编码RNA。目前circRNA的研究主要集中在癌症、肿瘤等方面,在家畜动物中的研究较少且主要集中在circRNA的信息挖掘。本文总结了circRNA的生成方式、分类、研究方法及生物学功能等方面内容,归纳了其在家畜动物肌肉发育、脂肪沉积等方面的研究进展,分析总结了目前家畜动物circRNA研究中存在的问题,并对其未来的研究方向进行了展望。     

猪卵泡闭锁过程中circINHBB的鉴定及其对颗粒细胞凋亡的影响

【背景】卵泡的发育状况和成熟排卵数量是哺乳动物的繁殖力和生产性能的重要决定因素。卵泡闭锁是卵泡停止发育并发生退化的过程,可能发生在卵泡发育的各个阶段,而闭锁的发生与卵泡颗粒细胞的增殖和凋亡情况密切相关,而颗粒细胞的凋亡过程十分复杂并且受到各种细胞因子的调控作用。环状RNA（circRNA）是近年来在生物体内发现的一种环状结构非编码RNAs（ncRNAs）。研究证明circRNA普遍存在于各个组织且参与到各种生理过程的调节中,但其在家畜繁殖学领域,尤其是猪卵巢和卵泡中的表达变化、位置分布和生物学功能研究较少。抑制素（INH）是一种性腺糖蛋白激素,主要由雌性动物卵巢卵泡的颗粒细胞产生,是控制哺乳动物排卵的重要因子。前期实验发现,猪卵泡中INHβ亚基INHBB编码基因的mRNA的前体可能形成一个circRNA,即circINHBB。【目的】在猪中等有腔卵泡组织中验证circINHBB的序列结构及其在颗粒细胞中的分布情况;分析其在健康、闭锁卵泡中的表达差异;在体外培养的猪卵泡颗粒细胞中探索了circINHBB对细胞凋亡的调控作用,并对circINHBB可能介导的功能性miRNA做出预测,为家畜繁殖领域的circRNAs研究扩宽思路,为提高家畜繁殖力研究提供参考。【方法】采集中等大小猪卵泡,进行RNA提取及反转录获得猪卵泡的cDNA,利用反向引物进行PCR扩增,PCR扩增产物经Sanger测序证明circINHBB的序列和环状结构;设计circINHBB的特异性荧光探针,运用FISH实验验证circINHBB在猪卵泡颗粒细胞核、质中的分布情况;然后,通过外观、激素和颗粒细胞密度指标选取健康和闭锁两组,用qRT-PCR检测circINHBB在猪健康和闭锁卵泡中的表达差异;最后,设计circINHBB的特异性siRNA（si-circINHBB）,在体外培养的猪卵泡颗粒细胞中,转染si-circINHBB及其对照,利用流式细胞术检测circINHBB对猪卵泡颗粒细胞凋亡的调控作用,预测circRNA可能参与的miRNA调节。【结果】PCR及Sanger测序验证了circINHBB在猪卵泡中的特异性存在,且证实了circINHBB是由INHBB编码基因的mRNA的前体经反向可变剪切形成的环状结构RNA;FISH实验进一步验证了circINHBB在猪卵泡颗粒细胞的细胞质中分布;qRT-PCR结果证实,与猪健康卵泡相比,circINHBB的表达量在猪闭锁卵泡中显著降低;流式细胞术检测结果表明当敲减circINHBB后,猪卵泡颗粒细胞的凋亡水平显著上升,说明circINHBB对猪卵泡颗粒细胞的凋亡有显著的抑制作用;生物信息学分析表明,circINHBB可能与10个已知miRNA相互作用,通过TGF-β、Notch等信号通路参与调控颗粒细胞凋亡及卵泡闭锁过程。【结论】在猪卵泡中验证了circINHBB的环状结构及胞质中的特异性表达分布,证实了其在闭锁卵泡中表达量低于健康卵泡,通过体外实验证实了circINHBB是细胞凋亡的抑制因子,可能通过吸附相关miRNA参与调节卵泡的发育和闭锁过程。     

绒山羊胎儿期毛囊发生发育关键circRNA的鉴定及功能预测分析

为探究调控绒山羊毛囊发生发育阶段关键circRNA及其功能,基于课题组前期得到的内蒙古绒山羊胎儿期(45、55、65和75 d)皮肤组织circRNA表达谱以及各比对组中差异表达circRNA的基础,根据不同时期毛囊形态发生发育情况筛选了毛囊发生发育相关的circRNA,利用生物信息学分析毛囊发生发育关键circRNA,并对其进行qRT-PCR试验;运用TargetScan和miRanda预测关键circRNA靶向的miRNA以及靶向miRNA的靶基因,分析了22个内含子circRNA宿主基因的富集情况,探究circRNA的功能作用。结果表明: 1)通过生物信息学分析,circRNA2049、circRNA5681、circRNA2225和circRNA3411均由外显子组成,为外显子circRNA。2)qRT-PCR显示,circRNA2049、circRNA2225、circRNA3411和circRNA5681 在绒山羊胎儿期4个时期(45、55、65和75 d)中均显著差异表达(P<0.05)。3)功能分析显示,外显子circRNA可能竞争性结合miRNA,以circRNA-miRNA-mRNA调控网络来调控毛囊的发生发育,同时内含子circRNA宿主基因也可能影响毛囊的发生发育,具体作用机制需后续探究。综上,本研究筛选鉴定了绒山羊毛囊发生发育关键circNRA,并初步探究了其功能,为解析circRNA在绒山羊毛囊发育过程中的分子机制提供了理论基础,为研究绒毛生长发育提供了新的方向。     

circRNA作用机制及其对动物肌肉发育的影响

circRNA是一种不具有5'端帽子结构和3'端多聚（A）尾巴结构但能稳定存在于真核细胞内的非编码RNA（ncRNA）,是经过反向剪接构成的闭合环状分子,为近年来的研究热点。越来越多的研究已证明,circRNA对生物体的各种生命活动发挥着极其重要的调控作用。根据组成不同,circRNA可分为外显子环状、内含子环状及内含子外显子共同组成的环状。同时circRNA功能的发挥依赖于其细胞定位,位于细胞核的circRNA主要在基因转录水平与RNA聚合酶Ⅱ结合调控寄主基因的转录活性;而位于细胞液中的circRNA主要发挥竞争性内源RNA的作用,通过竞争性抑制miRNA与靶基因mRNA 3'UTR的结合,发挥其对miRNA和靶基因的调控作用;circRNA还可翻译成蛋白质或多肽。目前,circRNA在畜禽肌肉生长发育方面的相关研究还处于起步阶段,主要是关于circRNA作为竞争性内源RNA发挥重要调控功能。文章就circRNA的发现、分类、生成机制、作用方式及对动物肌细胞增殖和分化的前沿研究作一简要阐述,并提出circRNA对畜禽肌肉功能研究的展望,以期为今后circRNA相关功能的研究提供参考。