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睾丸发育受基因和蛋白表达调控,具有动态性和阶段特异性的特点。睾丸细胞外基质参与精子发生,睾丸发育,血睾屏障和睾丸索的构成等多种生物学活动。因此,研究鉴定不同生长发育阶段山羊睾丸细胞外基质相关基因的表达调控对其生殖生物学研究具有重要意义,然而目前关于山羊睾丸细胞外基质的分子生物学认识还非常少。本研究以羔羊期(3月龄),青年羊(6月龄)和性成熟后(12月龄)三个阶段贵州黑山羊睾丸组织为研究对象,整合应用转录组和蛋白组技术探究mRNA、LncRNA、miRNA、CircRNA和蛋白质在不同生长发育阶段山羊睾丸组织中的基因和蛋白表达情况,为山羊睾丸细胞外基质形成的调控机制提供理论依据。主要研究结果如下:1.贵州黑山羊3月龄阶段睾丸组织中生殖细胞还没有分化,管腔也还没有呈现,生精小管还属于精索状态。6月龄阶段生精小管的管腔已初步形成,生精上皮内有许多已分化的生殖细胞,包括次级精母细胞和拉长的精子细胞,但在附睾头组织中还没有精子的储存。12月龄阶段生精小管管腔和生殖上皮已经形成,生精小管中已经有大量的生殖细胞,包括精子细胞。并且在12月龄的山羊附睾头组织中已经有大量的精子储存。提示山羊6月龄之前是睾丸细胞外基质形成的关键时期,而12月龄的贵州黑山羊睾丸细胞外基质已经形成,并且已经达到了性成熟阶段。2.在3 VS 6、6 VS 12和3 VS 12月龄之间分别有161个(105个上调,56个下调),12个(9个上调,3个下调)和665个(512个上调,153个下调)差异表达mRNA;而差异表达LncRNA分别为23个(5个上调,18下降)、8个(5个上调,3个下调)和135个(33个上调,102个下调)。显著富集的GO terms中差异表达基因的蛋白互作网络分析表明MMP2为细胞外基质相关生物学事件的核心基因。LncRNA TCONS-0002139、TCONS-00093342与MMP2、COL4A4共表达。LncRNA TCONS00093342与IGFBP6共表达;LncRNA TCONS-0002139也与COL4A1共同表达。IGF2、IGFBP6和MMP2在3月龄时表达量最高,然后随着月龄的增加而逐渐降低。3.在3 VS 6、6 VS 12和3 VS 12月龄之间差异表达miRNA分别为112个(49个上调,63个下调)、37个(18个上调,19个下调)和154个(83个上调,71个下调)。与细胞外基质相关的GO term分析显示在3 VS 6和6 VS 12月龄的睾丸组织中都是生物学过程(BP)所占比例最高(分别为70.97%和85.71%),分子功能(MF)所占比例最低(分别为9.68%和0.00%)。基于LncRNA-miRNA-mRNA联合分析可知,ACTG2与miR-15b-5p和miR-16a-5p有靶向调控关系,而GRK1与miR-241-5p有靶向调控关系。推测miR-241-5p、miR-15b-5p和miR-16a-5p分别通过调控ACTG2和GRK1在山羊睾丸组织的细胞外基质形成过程中起调控作用。4.在3 VS 6、6 VS 12和3 VS 12月龄之间差异表达CircRNA分别为199个(93个上调,106个下调)、145个(50个上调,95个下调)和269个(134个上调,135个下调)。3 VS 6月龄差异表达CircRNA来源基因的蛋白互作网络分析表明CHD7和HIPK3是细胞外基质相关生物学事件核心基因。GO分析表明2个与细胞外基质相关的GO term对应的基因是层粘连蛋白亚基3(LAMA3)基因。CircRNA-miRNA-mRNA整合分析表明ACTG2与chi-miR-16a-5p和chi-miR-15b-5p均共表达而chxcirc-0004920又与chi-miR-15b-5p共表达,推测chxcirc-0004920与chi-miR-15b-5p与ACTG2之间存在靶向调控关系,并在睾丸细胞外基质中发挥调控作用。5.在3 VS 12月龄之间差异表达的蛋白数为809个,其中上调386个(47.71%),下调423个(52.29%)。GO分析表明有两个GO term与细胞外基质直接相关,分别是细胞外基质(GO:0031012)和蛋白质细胞外基质(GO:0005578)。对应的差异表达蛋白是SPARC,GPC1和SPOCK2。KEGG富集分析到与细胞外基质相关的Pathway分别是粘着小带(Adherens junction)和粘着斑(Focal adhesion)。本研究中富集到与粘着斑相关的差异蛋白包括LAMA3,DOCK1,PTK2和ITGA9。通过分别对差异表达上调和下调蛋白的PPI互作网络分析表明,差异表达上调蛋白多与精子发生相关,而差异表达下调蛋白多与细胞外基质相关。6.转录组和蛋白组整合分析发现有56个基因(4个上调,52个下调)在mRNA和蛋白层面的表达趋势一致。PPI互作网络分析表明其中ITGA6,HSPG2,SPARC,VWA1和LEPREL1在睾丸细胞外基质形成中具有重要的调控作用。ENS在mRNA和蛋白层面的表达趋势相反,该基因可能受LncRNA TCONS00111208,TCONS00107391和TCONS00107411的靶向调控,并且PPI互作网络分析发现NES与细胞外基质相关的TIGA6和SPARC共表达。chxcirc0011820和chxcirc0015823可能分别通过靶向P3H2和DNAH3来调控细胞外基质的形成。仅mRNA差异表达的基因多与细胞外基质相关,而仅蛋白差异表达的基因多与精子发生相关。综上所述,本研究获得了山羊睾丸组织在三个不同生理阶段mRNA、LncRNA、miRNA、CircRNAs和蛋白质的表达谱。初步探索了差异表达基因和蛋白在山羊睾丸细胞外基质形成过中的表达调控.进而发现了一些与山羊睾丸细胞外基质形成相关具有靶向调控关系的mRNA、LncRNA、miRNA和CircRNAs。并且这些基因中的大多数表达可能受到miRNAs和/或CircRNAs的调控,以响应睾丸组织中细胞外基质形成过程。这些发现进一步丰富了对山羊睾丸组织的认识,特别是睾丸细胞外基质相关的表达调控。将为进一步探索研究山羊及其他哺乳动物睾丸组织提供理论基础和新的见解。