黄河鲤肌肉氨基酸与脂肪酸含量的多组学研究与trim25基因表达调控解析

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鲤(Cyprinus carpio)是世界上养殖范围最广泛的淡水鱼之一,其中大部分鲤的养殖分布在中国,年产量约为300万吨。我国有丰富的鲤科种群,如黄河鲤、松浦镜鲤、荷包红鲤、兴国红鲤、瓯江彩鲤等,其中黄河鲤以其较高的营养价值占有重要地位。鱼类肌肉富含的高不饱和脂肪酸、必需氨基酸、呈味氨基酸等,是其营养和鲜美味道的主要来源。然而,影响黄河鲤肌肉氨基酸与高不饱和脂肪酸含量的遗传机制尚不明确。本研究首先对195个黄河鲤鱼个体进行了全基因组关联分析,共鉴定出62个与甘氨酸、脯氨酸和酪氨酸含量相关的基因。以脑、肝和肌肉组织为研究对象,对必需氨基酸、支链氨基酸和呈味氨基酸含量不同的样品进行转录组学分析,得到1643个差异表达基因。同时,对这些样品进行全基因组甲基化测序,筛选出3108个具有不同甲基化启动子的基因。通过对RNA-Seq和DNA甲基化结果的富集分析,筛选出了一系列与氨基酸代谢相关的富集通路,包括调控生长调节、脂质代谢、柠檬酸循环等多种信号通路。组学关联分析结果表明,差异表达基因(Differentially expression gene,DEG)和差异甲基化启动子(Differentially methylated promoter,DMP)之间显著相关。为了进一步探讨肌肉脂肪酸含量不同的黄河鲤在基因组、转录组水平上的差异。本研究对40条一龄黄河鲤和96条三龄黄河鲤分别进行全基因组关联分析。第一批和第二批样本分别筛选出239个和31个与ARA、DHA和EPA相关的基因。采集第一批样本肌肉、肝脏和脑组织中ARA、DHA和EPA含量最高的1/4和最低1/4区间的样本进行RNA-seq。结果显示,与ARA性状相关的基因有4433个;与DHA性状相关的基因有5453个;与EPA相关的基因有237个。KEGG富集分析富集到了“脂肪酸降解”、“丙酮酸代谢”、“甘油磷脂代谢”、“不饱和脂肪酸的生物合成”、“PPAR信号通路”和“脂肪酸伸长”等代谢通路。天然免疫系统是硬骨鱼类抵抗病毒感染的主要防御系统,TRIM蛋白家族作为天然免疫系统的重要组成部分,参与了病毒感染的免疫网络调控,其中TRIM25已被证实在多种鱼类的免疫反应中发挥重要作用。鲤的TRIM25有16个序列拷贝,但各序列间的具体差异尚不明确。本研究对鲤trim25基因的16个拷贝进行了序列进化分析、共线性分析和功能域结构分析,并比较了各拷贝在组织中的表达和顺式调控位点的差异。序列比对和系统进化分析结果均表明,鲤与金线鲃和斑马鱼的TRIM25蛋白结构高度相似,与鲤科鱼类以外的其它物种的结构差异较大。基因共线性结果显示trim25基因上下游基因在不同物种的进化过程中相对保守。鲤TRIM25蛋白的结构分析表明,在鲤TRIM25的16个拷贝中,有6个具有完整功能结构域的拷贝,其中各有5个拷贝在鲤的肝与脑组织中高表达。在构建的eQTL调控网络中,在肝和脑组织中分别筛选到5个和17个顺式调控trim25基因表达的SNP位点。综上所述,本研究通过全基因组关联分析、转录组学分析以及甲基化测序分析,对黄河鲤的氨基酸和脂肪酸含量性状进行了多组学分析,挖掘黄河鲤体内氨基酸代谢与脂肪酸代谢的潜在机制。此外,对鲤TRIM25各序列拷贝间的差异进行比较,并从已构建的eQTL调控网络中筛选出影响TRIM25表达的SNP位点。
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