脂肪组织转录组揭示蒙古羊抗寒的分子机制

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dreambox007
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蒙古羊主要分布在蒙古高原,在严酷的环境条件下,经过长期的自然选择和人工选育,已成为品质优秀、特色鲜明的地方品种。其最主要的生物学特点是对高寒恶劣环境具有很强的适应性。但其抗寒的遗传机制尚不完全清楚。脂肪组织作为动物全身分布广泛的动态能量调节器官在抗寒过程中可能发挥重要作用。因此,本研究选取冬季和夏季蒙古羊肾周脂肪、皮下脂肪和尾部脂肪组织,采用高通量测序技术获得各脂肪组织的全转录组数据,经生物信息学分析、分子生物学和细胞生物学验证,以期解析蒙古羊适应严寒的分子调控机制。获得如下结果:1.冬夏季肾周脂肪、皮下脂肪和尾部脂肪分别获得差异表达m RNA 5482、4840和6450个,lnc RNA 6248、5556和6609个,circ RNA 3346、2909和3324个,mi RNA79、68和46个;三个部位脂肪组织共同差异表达m RNA、lnc RNA、circ RNA和mi RNA分别为1787、1763、704和13个。2.GO分类显示,三个部位脂肪组织差异表达m RNA和nc RNA都在物质(包括离子、电子等)的胞内外转运和代谢等生物进程显著富集。KEGG富集显示,肾周、皮下和尾部脂肪差异表达m RNA中的1720、2108和2027个显著富集到34、48和31个与脂肪酸代谢、氧化磷酸化、维生素A代谢等相关信号通路;差异表达的nc RNA也在物质代谢和氧化呼吸相关通路显著富集。但不同部位的脂肪组织之间的转录谱和富集通路存在差异。3.对冬夏不同部位脂肪组织的q RT-PCR检测分析,确定同一时期但不同部位的脂肪组织中基因表达模式不同,证明脂肪组织在适应寒冷过程中,遗传代谢的机制不同。4.q RT-PCR检测表明冬季蒙古羊脂肪组织中产热标志基因UCP1显著上调表达,结合组织切片技术,发现成年蒙古羊脂肪组织中存在米色脂肪细胞,是蒙古羊抗寒过程中重要的“热源地”。5.脂肪组织中LIPE和LIPE-OT1的表达关联性分析显示,二者之间具有显著的相关性(R~2=0.973)。双荧光素报告基因检测证实,novel_38可以与LIPE和LIPE-OT1靶向结合,说明LIPE-OT1通过竞争性结合内源RNA的形式吸附或吞噬novel_38,促进LIPE的转录与翻译,从而介导脂肪组织的脂解作用,为蒙古羊抗寒过程的产热和组织代谢提供能量。6.筛选获得了蒙古羊冬夏肾周脂肪组织差异表达候选基因RDH16和皮下脂肪组织差异表达候选基因ANGPTL7。q RT-PCR证实RDH16和ANGPTL7在冬季显著上调表达。通过蒙古羊胎儿肾周脂肪前体细胞RDH16过表达和皮下脂肪前体细胞ANGPTL7过表达诱导成脂实验证实,RDH16和ANGPTL7上调表达可以抑制白色脂肪细胞生成,促进棕/米色脂肪细胞的生成。同时,RDH16上调表达后,FABP4的m RNA和蛋白含量显著增高。7.初步建立了蒙古羊适应寒冷过程中脂肪组织水平上的调控通路。即:寒冷诱导使脂肪组织中转录模式发生改变,上调的LIPE-OT1靶向结合novel_38作用增强,降低其对LIPE表达的抑制作用,促进脂滴分解释放脂肪酸和视黄醇,RDH16的上调表达促使视黄醇水解生成的视黄酸增多,从而抑制白色脂肪细胞生成,促进产热棕/米色脂肪细胞生成;同时,RDH16上调表达促进了FABP4的大量生成,加速胞内脂肪酸和视黄醇及其衍生物的转运速度,调控相关生理过程,为蒙古羊抗寒过程提供更多的能量来源。本研究为蒙古羊等家畜抗寒新品种的分子育种提供基础,同时也为人类肥胖等相关代谢疾病研究提供新的见解。
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