家野蚕脑驯化过程中miRNA的差异表达分析以及靶向调控关系

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家蚕(Bombyx mori)是由野桑蚕(Bombyx mandarina)长期驯化而来的,与野桑蚕相比,其在生长发育、生活习性、体色形态及繁殖产卵等方面产生了很大的变化,尤其是在生活习性方面,家蚕爬行能力下降,耐拥挤,可以批量饲养。这种在驯化过程中行为发生变化的现象在其它昆虫中同样存在,有研究表明是受到了大脑神经肽及其受体的调节,并且在果蝇等昆虫的神经肽及其受体通路中鉴定出了可以调节行为的micro RNA(miRNA)。基于此我们猜测家蚕与野蚕生活习性的不同有可能是受到了大脑中miRNA的调节。在本研究中,主要以五龄三天家蚕(大造)和野桑蚕(合川)脑组织为研究对象,进行miRNA和转录组数据分析,筛选家蚕和野蚕脑差异表达的miRNA和靶基因,并通过构建双荧光素酶表达载体验证它们之间的调控关系,最后对miRNA及靶基因构建基因敲除系统和过表达载体进行功能验证,得到的主要结果如下:1、取家蚕和野蚕五龄三天脑组织及其他组织用于miRNA测序,基于miRBase数据库,利用miRDeep2鉴定出已知miRNA287个,未知miRNA157个。最后利用DEseq2进行miRNA差异表达分析,共鉴定出在家蚕脑和野蚕脑中差异表达的miRNA44个,依据在家野蚕脑及其他组织特异表达筛选出了12个候选miRNA。2、利用pita、miranda、RNAhybrid及Targetspy对筛选出的12个miRNA进行靶基因的预测,对预测出的靶基因进行GO注释和KEGG富集分析,提取Neuroactive ligand-receptor interaction通路中的基因,结合家蚕和野蚕5L72h各个组织的转录组数据分析得到了在家蚕和野蚕脑特异表达且在家蚕和野蚕脑差异表达的候选miR2826及靶基因KWMTBOMO09019。并结合群体遗传分化参数证明基因KWMTBOMO09019存在受选择痕迹。最后利用荧光定量PCR对候选miRNA及靶基因的表达水平进行检测。3、通过双荧光素酶基因报告实验验证miR2826对靶基因KWMTBOMO09019的靶向调控关系,荧光活性检测结果显示,miR2826靶向KWMTBOMO09019的3’UTR区,抑制靶基因的表达。为了进一步验证miR2826及靶基因KWMTBOMO09019在家蚕脑中的调控作用,构建了CRISPR/Cas9系统,通过显微注射法注射进家蚕卵中,对miR2826基因进行定点敲除,结果显示出现了脱靶效应,只有一个sg RNA起作用。对靶基因构建过表达载体,注射到家蚕卵中,使得目的片段插入到基因组上,达到提高表达量的作用,结果显示F1代中有转基因成功的个体。综上所述,家野蚕脑组织中差异表达的miRNA共有44个,参与神经受体通路调控的主要是miR2826,对靶基因KWMTBOMO09019的表达起抑制作用。有研究证明,靶基因KWMTBOMO09019在家蚕中编码一种利尿激素,具有高度保守性,这为研究miR2826的调控功能提供了基础,也为研究miRNA在家野蚕脑中的调控机制提供了证据。
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