基于平行反应监测验证技术分析绵羊胚胎骨骼肌蛋白质组数据

旨在对绵羊胚胎骨骼肌蛋白质组学数据进行分析,为阐明绵羊胚胎骨骼肌生长发育机制奠定基础。前期试验应用串联质谱定量法（tandem mass tag,TMT）对成年中国美利奴绵羊妊娠第85（D85）、105（D105）和135天（D135）的胚胎背最长肌进行蛋白质定量,并对D85/D105、D105/D135和D85/D135 3个比较组进行分析。本试验在此基础上,利用KEGG和平行反应监测（parallel reaction monitoring,PRM）等数据分析方法对3个比较组绵羊胚胎骨骼肌上、下调差异丰度蛋白质进行分析和验证,并对候选蛋白质进行生物信息学分析。本研究对肌纤维成熟分化标志性蛋白肌球蛋白重链（myosin-2 isoform X2,MYH）进行PRM靶向定量验证,结果表明,其变化趋势与绵羊胚胎肌纤维成熟分化趋势相符。本研究对上调差异丰度蛋白和下调差异丰度蛋白的KEGG分析结果表明,D105/D85比较组中上调差异丰度蛋白质显著富集于胰岛素等信号通路,D135/D105和D135/D85比较组中下调差异丰度蛋白质显著富集于DNA复制和蛋白质消化吸收等信号通路。与肌肉发育相关的cAMP依赖性蛋白激酶A催化亚基α（PRKACA）和葡萄糖转运蛋白成员4（GLUT4）蛋白均显著富集于胰岛素信号通路中,生物信息学分析显示,这两个蛋白质的理论分子量分别为121.73和20.64 ku,分别有147、12个带正电荷的氨基酸残基和135、12个带负电荷的氨基酸残基;理论等电点分别为8.81和6.54;亲水性平均系数分别为-0.408和0.811;PRKACA蛋白无N端糖基化位点,有45个磷酸化位点;GLUT4蛋白有1个N端糖基化位点,25个磷酸化位点;PRKACA蛋白三级结构与CAMP-2依赖蛋白激酶a嵌合融合的晶体结构相似度为85%,GLUT4蛋白三级结构与人葡萄糖转运蛋白GLUT1的相似性为78%。本研究表明,PRM定量验证趋势与绵羊胚胎肌纤维成熟分化趋势相符,PRKACA和GLUT4蛋白具有丰富的磷酸化修饰位点,并参与胰岛素信号通路调控,是重要的候选蛋白。     

基于微卫星标记鉴定湖羊家系

试验旨在基于微卫星（simple sequence repeats，SSR）多态性探索一种鉴定与划分湖羊家系的方法，通过查阅文献筛选出9个分布于多个常染色体、具有高多态性信息、高杂合度的湖羊微卫星位点BM3051、HH64、TGLA137、MAF33、FCB48、VH72、INRA023、ETH152和MCM527。采集30只湖羊种公羊血液，使用试剂盒提取血液基因组DNA，合成筛选出的9个微卫星引物并使用荧光基团标记，利用降落式PCR进行扩增，扩增产物在基因分型后使用CERVUS3.0.7进行基因型分析，使用POPGENE1.32基于Nei氏遗传距离构建树状聚类图，根据图示的亲缘关系远近划分湖羊家系。结果显示，当双亲基因型未知时，9个微卫星位点的单亲累积排除概率为99.2094%；当单亲基因型已知时，9个微卫星位点的累积排除概率为99.9688%；当双亲基因型未知时9个微卫星位点的双亲累积排除概率为99.9999%，排除概率能够满足遗传育种中亲子鉴定和系谱分析的要求。根据Nei氏遗传距离构建UPGMA聚类图，将30只种公羊划分为6个家系，为育种工作提供了一定参考。本方法能够进行湖羊家系的鉴定与划分，对湖羊育种工作具有一定的应用价值。     

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。     

基于全转录组测序的绵羊胚胎不同发育阶段 骨骼肌circRNA的分析与鉴定

【目的】肉用性状是家养动物的重要性状,尤其是产肉性能与骨骼肌的发育密切相关,对多数动物而言,骨骼肌的生长取决于肌纤维的早期发育。本研究将揭示绵羊（Ovis aries）胚胎期骨骼肌组织发育重要节点、肌纤维的形成及转换机制,探究骨骼肌在动物胚胎期的生长对后续发育潜力的影响。【方法】在前期绵羊胚胎期组织结构试验的基础上,选择肌纤维发育及类型转换的3个重要时间节点：胎龄85 d（D85）、105 d（D105）、135 d（D135）,并对处于这些节点期的中国美利奴绵羊胚胎背最长肌进行全转录组测序。通过生物信息学分析和功能预测筛选出差异表达显著的circRNA,采用实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）对其进行验证。【结果】通过条件筛选（|log2| ≥1且P≤0.05）获得差异表达circRNA 1 126个。将3组进行比较,在各时间节点都发现较多的特异性表达circRNA。在D85 vs D135比较组中,特异性差异表达数量最多：共发现差异表达circRNA 374个,上调表达201个,下调表达173个,其中具有4倍以上差异的基因167个,占差异基因的44.7%。对这些差异性表达的circRNA进行GO和KEGG功能分析和靶向预测,富集到与肌肉分化和肌纤维发育相关的能量代谢和信号转导通路,包括MAPK、PI3K-Akt、Ras、Regulation of actin cytoskeleton等。结果表明：在D85至D105期间富集到的差异circRNA多与肌细胞发育调控、细胞增殖和存活、细胞周期等相关,而在D105至D135期间富集到的通路则主要与能量转换、物质运输、RNA转运和DNA修复有关。靶向预测结果通过Cytoscape软件绘制出可视化共表达网络,筛选到circRNA8239、circRNA19073,circRNA2765、circRNA1616等核心调控转录物,并在D105找到调节快慢肌类型转换的关键因子circRNA7527,其靶向作用于bta-miR-135a、bta-miR-615、chi-miR-133a-5p进而调控MEF2C基因。通过3个时间节点的差异表达情况和功能预测描述选取了与肌肉发育相关的4个核心circRNA和其靶向的4个miRNA进行qRT-PCR分析,其基因表达趋势与测序数据一致。【结论】本试验在转录水平上验证了绵羊胚胎发育D85至D105是肌纤维数量的稳定发生期,而D105至D135则是肌纤维的肥大期,由此推断D105可能是绵羊胚胎发育的关键时间窗口。本研究首次基于全转录组测序构建了绵羊胚胎期骨骼肌发育的circRNA图谱,揭示了不同发育阶段的转录组差异,并对绵羊胚胎骨骼肌发育期间重要的调控因子进行挖掘和验证,发现了以MEF2C为靶基因的多个circRNA和miRNA参与MAPK信号通路,为绵羊肌纤维发育分子机制以及其它家畜非编码RNA的研究提供了参考。     

基于绵羊胚胎骨骼肌蛋白质组学的PI3K-AKT信号通路分析

【目的】绵羊是重要的经济动物,其骨骼肌生长发育与产肉性能密切相关。胚胎期是绵羊骨骼肌生长发育的关键阶段,挖掘分析绵羊胚胎骨骼肌蛋白质组数据,为揭示绵羊肌肉发育重要时间节点、筛选绵羊胚胎骨骼肌生长发育调控蛋白质提供依据。【方法】本团队已对妊娠第85天、第105天和第135天的中国美利奴绵羊胚胎背最长肌进行串联质谱(tandem mass tag, TMT)蛋白质定量,鉴定到1316种差异丰度蛋白质。现利用GO、KEGG和R等方法对这些差异丰度蛋白质开展聚类、功能注释和通路分析等生物信息学分析。【结果】基于前期研究结果对差异丰度蛋白质进行R语言聚类,分析结果显示,cluster 5类蛋白在胚胎骨骼肌第105天具有较高丰度。对cluster 5 蛋白进行GO和KEGG富集分析发现,该类蛋白质参与胞内蛋白质代谢过程,显著富集于PI3K-AKT信号通路中,而在该信号通路中RAC-β丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶X1(AKT2)具有较高表达丰度。蛋白质生物信息学结果表明,AKT2蛋白由481个氨基酸构成,AKT2蛋白理论分子量为55.58kD,由66个带正电荷的氨基酸残基和72个带负电荷的氨基酸残基组成,理论等电点为6.08,亲水性平均系数-0.454,属于亲水性蛋白。预测AKT2蛋白的481个氨基酸全部位于膜外,属于膜受体蛋白。AKT2蛋白有12个N-端糖基化位点,71个磷酸化位点,与蛋白酶K相似度为99%,属于蛋白酶催化亚基家族。【结论】绵羊胚胎骨骼肌蛋白质组数据发现,第105天是绵羊胚胎骨骼肌纤维由增殖分化到增大增粗的转折点,具有调控绵羊胚胎骨骼肌纤维生长发育作用的PI3K-AKT信号通路在该节点显著富集,AKT2是调控该信号通路的重要候选蛋白。综上,本研究结果对揭示胚胎骨骼肌生长发育及其调控分子机制具有重要理论指导意义。     

德州驴NCAPG-DCAF16基因区域多态性与生长性状的关联分析

旨在探讨NCAPG-DCAF16基因区域在德州驴群体中的遗传多态性以及与生长性状的关联性,进而得到显著相关的遗传标记,为德州驴的分子标记辅助选择提供理论基础。本研究采用DNA混池测序技术对NCAPG-DCAF16基因区域的多态性进行检测;基于DNA混池测序结果,运用质谱分型技术对227头德州驴群体中的SNPs位点进行基因型检测,分析基因型与初生、3月龄、6月龄3个时期相关生长性状的关联性。结果表明:1)通过DNA混池测序发现,NCAPG基因上的SNPs位点包括第9内含子上rs1(T>C),第11内含子上rs2(A>G),第19内含子上rs4(C>G),第8内含子上rs5(C>G);DCAF16基因第2外显子发现一个同义突变,即位点rs008(A>G)。2)初生时期的关联分析显示,rs1位点基因型CC个体的平均尻长显著高于CT型个体(P<0.05);3月龄时期各基因型的表型平均值无显著差异(P>0.05);在6月龄阶段,基因型为TT个体的平均胸宽与CC个体相比差异极显著(P<0.01),TT和CT基因型个体的平均管围均显著高于CC个体(P<0.05)。3)rs4位点的关联分析揭示了GG基因型个体在初生时期的平均胸深显著高于GC基因型(P<0.05),3月龄时期各基因型之间的平均表型值无显著差异(P>0.05);CC基因型个体6月龄时期的平均胸宽和管围显著高于GG基因型(P<0.05)。4)rs008位点关联分析结果表明,各基因型之间初生时期的表型值无显著差异(P>0.05);AA、GA基因型个体3月龄时期的体重、体高和尻高都显著高于GG基因型(P<0.05);AA、GA基因型个体6月龄时期的体高和胸围都极显著高于GG基因型个体(P<0.01),GA基因型与GG基因型个体间的胸深、尻高的差异达到极显著水平(P<0.01),GA基因型个体的尻宽显著高于GG和AA基因型(P<0.05)。5)根据连锁不平衡分析结果,rs1、rs2、rs4和rs5的组合基因型在德州驴群体中有5种。关联分析结果揭示了TTAACCCC组合基因型个体6月龄时期的平均胸宽显著高于CCGGGGGG组合基因型(P<0.05)。综上,德州驴群体中NCAPG-DCAF16基因区域5个SNPs位点对生长性状均有显著影响,特别是rs008位点与德州驴体重、体高等重要生长性状极显著相关,可用于德州驴的分子标记辅助选择,提高德州驴育种效率。     

乌头驴与三粉驴骨骼肌中miRNAs的表达鉴定与分析

试验旨在分析microRNAs （miRNAs）在德州驴骨骼肌中的表达情况,探讨小RNA （small RNA）在驴骨骼肌发育中的调控机制。采集德州驴2个品系（乌头驴和三粉驴）的背最长肌组织,构建乌头驴背最长肌（WB）和三粉驴背最长肌（SB）的small RNA测序文库并进行测序,运用生物信息学技术对WB和SB之间差异表达的miRNAs进行分析,预测和解析可能影响驴产肉性状的miRNAs,从中挑选了6个表达量较高的miRNAs,利用实时荧光定量PCR技术来验证测序结果的准确性。结果表明,在WB和SB文库中分别鉴定出保守miRNAs有982和1 149个,新miRNAs有106和143个。在WB与SB比较组中基于条件|log₂（fold_change）|≥2、P≤0.05获得17个差异表达的miRNAs,其中表达量上调的有5个,下调的有12个。通过GO注释,发现差异表达的miRNAs显著富集于调控细胞迁移分化、细胞分裂和骨骼肌细胞收缩等生物学过程（P<0.05）,并且挖掘到与驴骨骼肌发育相关的bta-miR-378d_L+1R-1_1ss22CA、bta-miR-378d_R-2,其靶向NPY1R、GPR152、BEST1、KCNH8、SPAG9等多个基因。KEGG富集结果表明,miRNAs富集于Wnt、MAPK、泛素蛋白水解系统等与骨骼肌发育相关的信号通路中,其中在Wnt信号通路中共涉及到17个差异表达miRNAs的207个靶基因,尤其以PC-5p-84483_31、hsa-miR-186-3p_R-3和cfa-miR-329b_1ss19CT的靶基因最多。实时荧光定量PCR结果与miRNAs测序结果一致,并发现除eca-miR-181b外,其他5个miRNAs在SB中的表达水平均高于WB。本研究首次对驴骨骼肌miRNAs进行转录组学分析,揭示了乌头驴和三粉驴miRNAs的表达差异,研究结果为阐明德州驴骨骼肌生长发育的分子调控机制提供参考。