LncRNA对鸭产蛋性能关键基因调控机理及其多态性研究

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长链非编码核糖核酸(Long non-coding RNA,LncRNA)是一种非编码的长度大于200bp的RNA,在哺乳动物和鸟类组织中广泛表达,并参与生物体内的细胞增殖、分化、核染色质重组、表观遗传调控、基因组切割和基因转录翻译等关键的生物过程。近年来的研究表明,lncRNA在哺乳动物和植物的繁殖方面发挥着重要调控作用,但目前与家禽产蛋性能相关基因的调控作用还未见报道。鸭作为卵生动物,产蛋相关基因不仅影响其繁育过程,而且对其蛋用经济价值影响较大。卵清蛋白(Ovalbumin,OVL)基因翻译产物是鸭输卵管产生蛋品的主要成分,对鸭的繁殖性能有直接影响,也是鸭生物发生器研究的关键基因。因此,开展lncRNA与家禽产蛋性能关键基因的调控机理及多态性研究,对于家禽产蛋性能选育具有重要意义。基于此,本研究利用鸭卵巢转录测序、lncRNA与转录翻译基因互作技术、小RNA干扰技术(small interfering RNA,siRNA)、荧光定量PCR、蛋白组质谱分析技术和多态性比较分析等技术方法,综合分析了不同时期鸭卵巢组织lncRNA与编码基因的差异表达情况,并对差异lncRNA与差异表达编码基因之间的互作关系进行了分析;选择与鸭的促卵泡生成素(Follicle-Stimulating Hormone,FSH)有互作关系的lncRNA,对其进行干扰试验。另外,对鸭卵清蛋白组成与其调控元件的多态性进行了分析研究。本研究主要获得以下结果:1.利用转录测序技术,从青年鸭(60d)、初产鸭(160d)、老龄鸭(490 d)三个关键阶段鸭卵巢中发现了蛋白编码基因15011个、lncRNA基因2905个,其中2240个蛋白编码基因、135个lncRNA差异表达水平达到统计学显著水平(P<0.05),青年鸭与初产鸭比较获得差异蛋白编码基因599个、差异lncRNA 14个,初产鸭与老龄鸭比较获得差异蛋白编码基因518个、差异lncRNA 93个,老龄鸭与青年鸭比较获得差异编码基因2004个、差异lncRNA 71个。2.采用聚类分析方法对青年鸭、初产鸭、老龄鸭之间的差异表达基因进行聚类,表明不同时间阶段的差异蛋白编码基因都能够聚为3个类别,最低统计学拟合度达到60%以上。而差异lncRNA则可以聚为4个类别,最低拟合度达到70%以上,并发现部分lncRNA在青年鸭、初产鸭、老龄鸭三个阶段鸭卵巢组织的表达量分布模式与卵巢相关基因的关键基因——FSH存在较高的相似性。3.根据鸭卵巢蛋白编码基因和lncRNA的相对表达量、相对位置及结合能大小,鉴定发现了656个lncRNA与2949个蛋白编码基因存在反式调控作用(tran function),其互作相关系数达到0.9以上(P<0.05),6个lncRNA与6个蛋白编码基因存在顺式调控作用(cis function)。其中trans调控作用包含53个lncRNA与38个繁殖相关编码基因存在调控作用,38个繁殖基因主要涉及卵巢类固醇激素合成作用。4.利用预测发现的与FSH存在调控作用的lncRNA表达序列设计干扰的siRNA,并包装成慢病毒载体注射于处于产蛋高峰期的北京鸭腹腔近卵巢部。两周后干扰鸭群与对照组相比,产蛋量显著下降(P<0.05)。通过对干扰两周后鸭群lnc-2531和FSH-β表达量的定量分析,发现干扰处理组lnc-2531和FSH-β的相对表达量均显著下降(P<0.05),从而证实了二者具有正向协同关系,且二者的表达量与鸭群干扰后第二周的日产蛋量也存在显著的协同关系(P<0.05)。5.通过对鸭卵清组分多态性与其它家禽相比较发现,鸭卵清蛋白组成与鹅较为相近,特别是OVL基因表达产物的特异性多肽存在高度的相似性。通过对鸭、鹅和鸡OVL基因转录调控区的多态性比较分析发现,鸭和鹅调控区序列存在较高的相似度,并且同时都缺失转录负调控元件;与鸡相比较,鸭的调控区较鹅和鸡存在更加完整的转录因子结合位点,这可能是鸭和鹅卵清蛋白在蛋中比重较高的原因所在。通过lnc RNA对鸭不同繁殖阶段表达基因调控关系的研究发现,青年鸭、初产鸭、老龄鸭三个阶段差异表达lncRNA和差异表达编码基因的表达模式,并且构建了差异lncRNA与繁殖相关差异编码基因的互作网络,证实lncRNA具有调控鸭FSH表达量的作用,进而验证了lnc RNA作为选育或构建高产蛋鸭群分子标记物的潜在能力;另外,本研究发现鸭卵清和卵清蛋白基因调控区与其它家禽的多态性差异,以及鸭卵清蛋白表达差异的潜在原因,对构建以鸭卵清蛋白表达系统为载体的生物发生器提供了基本的结构支撑。
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