基于转录组测序研究绵羊骨骼肌在营养应激下的代谢调节机制

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营养剥夺可使动物发生营养应激,导致新陈代谢改变甚至紊乱。骨骼肌是动物新陈代谢的主要部位之一,其在营养应激状态下代谢调节的分子机制尚不清楚。本研究旨在结合在体和离体试验,利用转录组测序(RNA-Seq)和生物信息学分析技术,鉴定和分析营养应激状态下骨骼肌中代谢相关的差异表达基因(DEGs),为揭示骨骼肌应对营养应激的代谢调节机制和探讨动物营养应激的调控措施奠定基础。本试验将10只具有相似特征的成年健康绵羊随机分为正常组和禁食组。3天后每组随机取3只,对骨骼肌样本进行RNA-Seq并对DEGs进行系列分析和功能注释。同时,检测了部分代谢相关DEGs在体外适应细胞营养应激的表达变化。结果显示:(1)与正常组相比,禁食组共检测到391个DEGs,包括下调基因278个,上调基因113个。GO富集表明228个DEGs被注释到代谢过程,其中11个为新基因,并且只有Sheep_new Gene_4578被KEGG pathway注释到。COG注释结果显示,11、9和4个DEGs分别属于脂质、氨基酸和碳水化合物转运与代谢类。KEGG通路富集显示,显著性Q值最小的前20条通路中,不仅包括与代谢直接相关的蛋白质消化与吸收、脂肪酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成等通路,而且包括PI3K-AKT、AMPK、MAPK和Fox O等对代谢具有重要意义的通路。蛋白-蛋白相互作用(PPI)分析显示,得分最高的两个子网络与代谢密切相关。相关性分析表明,两个子网络中可能有关的DEGs(SERPINH1、ITGA5、ITGB3、FN1、SPARC及COL3A1等;CPT1A、PLIN2、ACSL4、SCD及LPL)之间,Sheep_new Gene_4578等10个代谢相关DEGs之间各自均为多数存在显著相关性。对18个随机选择的DEGs和10个代谢相关的DEGs进行的q RT-PCR验证结果表明,其表达变化趋势与转录组测序结果一致。(2)COL3A1、CPT1A、HADHB(属于脂质转运与代谢类)和SLC2A4(同时属于氨基酸和碳水化合物转运与代谢类)的蛋白质二级和三级结构主要为无规则卷曲或α-螺旋和无规则卷曲,分别主要定位于细胞外、线粒体、线粒体及细胞膜。(3)绵羊成肌细胞营养剥夺应激模型构建成功。PIK3R3、NR4A1、HADHB、ACACB、CPT1A和Sheep_new Gene_4578 m RNA表达在2%和60%PBS营养缺陷条件下均明显降低;ACSL4和SCD在2%PBS条件下表达升高而在60%PBS时表达降低。
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