FHL2影响牛骨骼肌卫星细胞增殖分化研究及肉牛管家基因和肌肉特异性基因的筛选

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随着测序技术的高速发展,大量牛RNA-seq数据在NCBI和EBI网站上公开分享,人们已对牛各组织中的基因表达进行了大量研究,但这些都是来自不同实验室不同研究项目的原始测序数据,没有进行系统的分析,不方便直接使用。管家基因和组织特异性基因是分子生物学研究的两大类基因。在本研究中,为了全面评估这两大类别基因,分析了包含60种组织类型注释的1,377个转录组数据序列。通过组织间的比较,确定了不同类型的管家基因和组织特异性基因,并建立了一个基于Web的牛基因表达分析工具,用户可以方便地访问所有公开的RNA数据并上传自己的测序数据。FHL2是肌肉发育相关基因,其在肌肉发育和肌肉细胞结构维护中起着重要作用,本试验对FHL2基因功能进行了研究。整体试验主要结果如下:(1)通过对60种组织类型差异基因分析得到:脑中有68个差异基因上调,大脑中有45个差异基因上调,子宫内膜中有9个差异基因上调,心脏中有18个差异基因上调,下丘脑中有60个差异基因上调,肾脏中有55个差异基因上调,肝脏中有116个差异基因上调,肺中有35个差异基因上调,瘤胃中有98个差异基因上调,脾脏中有110个差异基因上调,睾丸中有88个差异基因上调,乳房中有11个差异基因上调;(2)通过对筛选出的差异基因进行基因本体论(Gene ontology terms,GO)分析,大部分富集结果表明,这些基因与转录和翻译、多肽生物合成、肽代谢、酰胺生物合成、细胞酰胺代谢、核糖体大亚基、胞质大核糖体亚基、含蛋白复合体、大核糖体亚基、胞质核糖体和细胞大分子生物合成有关;(3)通过对60种组织类型注释的1,377个转录组数据序列分析,筛选出5个牛管家基因,分别是 RPI35A、EIF4A2、GAPDH、IPO5、PAK2;(4)通过分析1,377个转录组样本,得到6种肌肉组织的特异性基因(见附表2)。心肌中共筛选出3个组织特异性基因,背最长肌中共筛选出12个特异性基因,肩肌中筛选出85个特异性基因,骨骼肌中筛选出6个特异性基因,而背阔肌中无特异性表达基因;(5)Western blotting、qRT-PCR、细胞转染实验结果显示,骨骼肌卫星细胞增殖过程中FHL2基因表达增强,FHL2敲低抑制了牛卫星细胞的增殖和分化,促进了肌管的萎缩。此外,免疫沉淀实验表明,FHL2敲低可降低BSMSCs中β-catenin的活性,并与DVL-2联合激活β-catenin介导的Wnt信号通路,并且FHL2敲低可诱导牛卫星细胞自噬。综上,本试验通过转录组数据的整合,得到了一部分新的肉牛管家基因以及各肌肉组织的特异性基因。此外,验证试验表明FHL2基因可以对牛骨骼肌卫星细胞的自噬和增殖分化进行调控。对各肌肉组织管家基因和特异性基因的筛选可以帮助未来肉牛分子育种提供新的思路。未来对这些基因功能的分析将对探索肉牛基因功能的分子机制有着至关重要的作用。
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