骨骼肌作为哺乳动物最大的运动器官,是目前研究的热点。骨骼肌发育是一个复杂的、严格调控的过程,主要包括成肌细胞的增殖、分化以及多核肌纤维的融合。对人类而言,肌肉发育障碍会导致先天性的肌肉疾病,例如先天性肌营养不良和肌无力综合症。对于家畜来说,肌肉的发育直接影响肉的产量与品质。因此,深入研究肌肉发育规律具有重要的意义。肌肉的发育涉及复杂的基因和非编码RNAs组成的调控网络,随着高通量测序技术和生物技术的发展,肌肉发育机制的研究也进一步深入。例如,一型胰岛素样生长因子受体蛋白（type 1 insulin-like growth factor receptor,IGF1R）能够接收细胞外信号,激活PI3K/AKT信号通路,进而促进肌细胞发育。这些功能基因的发现有助于更深入的研究肌肉发育原理及疾病诊断。IGF1R受体下游PI3K/AKT信号通路是调控骨骼肌发育的重要通路,但与该通路相关的非编码RNAs的研究较少。最近的研究表明,一些新的非编码RNAs,如micro RNAs（miRNAs）和circularRNAs（circ RNAs）被报道参与了各种生理和病理过程。基于高通量测序数据,本研究新发现了两个能够调节IGF1R基因的新circ RNAs:circRILPL1和circINSR。目前这两个circRNAs的功能尚未见报道。因此,本研究利用荧光原位杂交、过表达和干扰手段、分子和生化分析、流式细胞仪检测法、免疫荧光、小鼠肌损伤活体模型,结合生物信息学、双荧光素酶报告系统和RNA绑定蛋白免疫沉淀试验等技术研究了circRNAs在牛肌细胞发育中的作用。主要研究结果如下:1.miR-145靶向抑制IGF1R基因调控牛肌细胞增殖和凋亡利用牛骨骼肌miRNAs高通量测序结果,筛选了在牛肌肉组织中高表达的miR-145作为研究对象。结合生物信息学分析、双荧光素酶报告系统和实时荧光定量PCR,确定了miR-145可以靶向抑制IGF1R基因表达。过表达miR-145能显著降低PI3K/AKT信号通路相关基因,如IRS1、PI3K和AKT的表达,阻碍PI3K/AKT信号通路的激活。并且,通过实时荧光定量PCR、Ed U、CCK-8、JC-1染色和流式细胞术等技术,发现miR-145可以显著抑制细胞增殖和细胞周期进程,并促进细胞凋亡。2.circRILPL1通过靶向miR-145激活IGF1R基因调控牛肌细胞增殖、分化和凋亡根据ce RNAs的理论,本研究从已有的牛肌肉组织高通量测序数据中,选择了43个与miR-145种子区完全互补的环状RNA。其中,发现了一个由RILPL1基因（rab interacting lysosomal protein like 1）的第3至第4外显子组成的新环状RNA—circRILPL1。结合双荧光素酶报告系统和RNA绑定蛋白免疫沉淀试验证明circRILPL1可以吸附miR-145。利用CCK-8、Ed U、RT-qPCR、流式细胞仪检测和免疫荧光等技术发现,circRILPL1能上调IGF1R基因的表达,激活PI3K/AKT信号通路,进而促进肌肉细胞增殖和分化,抑制细胞凋亡。此外,本章利用心脏毒素诱导的小鼠肌损伤模型,验证了circRILPL1在调控肌肉发育过程中的作用。总之,新鉴定的circRILPL1作为miR-145的分子海绵调控了IGF1R基因的表达,缓解了miR-145对PI3K/AKT信号通路的抑制作用,从而促进了牛原代肌肉细胞的生长。3.circINSR通过靶向miR-15/16家族激活IGF1R基因调控牛肌细胞增殖和凋亡为了进一步研究参与调控IGF1R基因的非编码RNAs,结合测序数据筛选出了来源于胰岛素受体基因（insulin receptor,INSR）第二外显子的circINSR。INSR与IGF1R同属于胰岛素样生长因子受体家族,推测circINSR对IGF1R基因可能存在调节作用。结合RT-qPCR、EdU、CCK-8和流式细胞仪检测等技术,发现circINSR可以调节IGF1R基因的表达,进而显著促进细胞增殖,抑制细胞凋亡。利用生物信息学分析发现miR-15/16家族可能是circINSR影响IGF1R表达的中间桥梁。结合RNA绑定蛋白免疫共沉淀试验及双荧光素酶报告系统也验证了circINSR与miR-15/16家族间的吸附关系。后续的分子和生化分析研究表明,IGF1R基因是miR-15/16家族的下游靶基因,miR-15/16家族能够抑制IGF1R基因的表达,进而抑制肌细胞的增殖,促进肌细胞凋亡。总之,circINSR通过靶向吸附miR-15/16家族,缓解了miR-15/16家族对IGF1R基因的抑制作用,促进了牛肌细胞增殖,并抑制细胞凋亡。4.circINSR通过靶向miR-34a调控牛肌细胞增殖和凋亡进一步研究发现circINSR还可以影响miR-34a的表达,推测circINSR可以通过靶向miR-34a调控肌肉发育。生物信息学分析、双荧光素酶报告系统和免疫共沉淀试验结果表明circINSR与miR-34a确实存在两个吸附位点,并且miR-34a存在两个与增殖和凋亡相关的靶基因Bcl-2和Cyclin E2。结合RT-qPCR、EdU、CCK-8和流式细胞仪检测等技术,发现牛原代肌肉细胞中过表达miR-34a可显著抑制抑凋亡基因Bcl-2,以及细胞增殖标志基因（Cyclin D1、PCNA和Cyclin E2）的表达。EdU、CCK-8和细胞周期检测结果表明,过表达miR-34a显著抑制细胞增殖,阻滞细胞周期进程;而共转染circINSR与miR-34a后,细胞增殖活力显著增加。细胞凋亡检测结果表明,共转染circINSR与miR-34a可以缓解由miR-34a导致的细胞凋亡。本章揭示了circINSR可以通过吸附miR-34a调控牛肌肉发育。本研究以高通量测序数据为基础,围绕调控肌肉发育的关键编码基因INSR和IGF1R发现了两个新的环状RNA,揭示了非编码RNA在调控秦川牛肌肉发育过程中的作用。结合基因转录与转录后调节、ncRNA网络等在肌肉发育过程中的多层次调控关系,构建了circRNAs-miRNAs-mRNA-蛋白调控因子多元调控网络,深度解析了秦川牛优异肉用性状的遗传机制,为推进我国肉牛分子育种奠定坚实理论与技术基础。