基于瘤胃转录组探究双峰驼沙漠适应性分子机制

旨在比较胚胎期和成年期双峰驼瘤胃在组织形态、编码基因表达上的变化，挖掘影响双峰驼瘤胃发育的关键基因和通路，从消化系统探究双峰驼的沙漠适应性机制。本研究选取3峰10~12岁健康状况良好的成年期阿拉善双峰驼，以及3峰9~10月龄健康状况良好的胚胎期阿拉善双峰驼，采集瘤胃组织样品，制作石蜡组织切片，观察成年期与胚胎期双峰驼瘤胃，比较其组织结构之间的差异。分别提取成年期和胚胎期双峰驼的瘤胃组织总RNA，利用Illumination Hiseq 2000测序平台分别进行转录组测序，对转录组数据进行质控、比对、差异基因筛选、GO、KEGG富集分析。随机选择6个差异表达基因进行荧光定量试验，关联转录组数据与荧光定量试验的表达趋势。结果表明，胚胎期瘤胃组织中上皮细胞和肌纤维细胞清晰可见，分布密集，在成年期的瘤胃组织中，可见明显的肌纤维，肌纤维直径较宽，肌纤维间的空隙较大。转录组测序结果显示，每个样本获得至少10G的数据量，各样本的质控率都在90%以上，Q30数据都在88%以上。对测序数据进行分析，以胚胎期为对照组，成年期为试验组，筛选到1 207个差异表达基因，其中上调基因456个，下调基因751个；对差异表达基因进行层次聚类分析，结果显示，成年期的3个个体（M1、M2、M3）表达模式接近，胚胎期的3个个体（T1、T2、T3）表达模式接近。对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析，结果显示，上调差异表达基因显著富集到62条显著的GO条目，下调差异表达基因显著富集到366条显著的GO条目，73条显著的KEGG通路。差异表达基因主要富集在代谢过程的负调控、RNA生物合成过程的负调控、基因表达的负调控等GO条目中，KEGG主要富集到MAPK信号通路、PI3K-Akt信号通路、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号、胰岛素信号通路、醛固酮的合成与分泌等通路中。同时筛选到MAPK12、MAPK13、FABP5、PPARγ、CaMK1等与双峰驼沙漠适应性相关的基因。荧光定量结果显示，差异基因在成年期和胚胎期瘤胃组织中的表达模式与RNA-Seq的结果一致。上述结果表明，双峰驼的瘤胃组织可能与脂肪细胞分化有关。在沙漠环境中，双峰驼可能降低瘤胃组织代谢效率、通过胰岛素抵抗作用提高血糖耐受性以及促进醛固酮的合成与分泌以调节血压平衡，以更好地在沙漠干燥缺水的环境中生存。