【摘 要】
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衰老是生物体功能完整性下降、稳态丧失并最终导致死亡的过程。如何延缓衰老和防治老年病已成为衰老生物学研究的重要课题。饮食限制(Dietary restriction,DR)是最有效的改善健康和延缓衰老的非遗传干预措施之一,能够改善多种无脊椎动物、啮齿动物和灵长类动物的衰老及衰老相关疾病。转录组学和蛋白组学的联合分析有助于发掘饮食限制延缓衰老过程中新的分子或作用机制。因此,本课题以黑腹果蝇(Droso
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衰老是生物体功能完整性下降、稳态丧失并最终导致死亡的过程。如何延缓衰老和防治老年病已成为衰老生物学研究的重要课题。饮食限制(Dietary restriction,DR)是最有效的改善健康和延缓衰老的非遗传干预措施之一,能够改善多种无脊椎动物、啮齿动物和灵长类动物的衰老及衰老相关疾病。转录组学和蛋白组学的联合分析有助于发掘饮食限制延缓衰老过程中新的分子或作用机制。因此,本课题以黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)为模式生物,对饮食限制和非饮食限制(Ad libitum,AL)条件下青年(7日龄)和老年(42日龄)果蝇的转录组进行RNA测序。在果蝇S2细胞内通过RNA干扰(RNA interference,RNAi)分析长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lnc RNA)XLOC_076307对下游靶m RNA表达水平的影响。同时通过转录组和蛋白组的关联分析,筛选在饮食限制延缓衰老过程中表达水平变化一致的转录本和蛋白质,确定相关信号通路并挖掘受转录后调控的蛋白。本论文的研究成果为人类衰老和抗衰老机制、老年病的防治策略研究提供了科学理论基础。主要研究结果如下:(1)本研究从8个测序文库中共获得约86.78 GB的原始读数(raw reads),过滤后的高质量读数(clean reads)占raw reads的比例均大于95.15%,且绝大多数(≥83.30%)的clean reads能比对到Flybase的参考基因组上。利用q RT-PCR对选取的16条转录本进行了表达量检测,定量结果与测序结果趋势一致。(2)在DR和AL组中共鉴定出30413条m RNA转录本,包括30165条已知m RNA转录本和248条新m RNA转录本。在四个比较组中(DR-7d vs AL-7d、DR-7d vs DR-42d、AL-7d vs AL-42d、DR-42d vs AL-42d)共有1406条差异表达的m RNA。功能富集分析发现差异表达基因主要富集到包括肽酶活性、催化活性功能等70个GO(Gene ontology)条目和包括光传导、代谢通路等12个KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)信号通路。(3)本研究共鉴定出1860条lnc RNA,包括已知的134条lnc RNA和1726条新lnc RNA,涵盖了基因间长链非编码RNA、内含子lnc RNA和反义lnc RNA。Lnc RNA的整体表达水平、平均长度、开放阅读框长度和外显子数量均低于m RNA。在四个比较组中共有102条lnc RNA差异表达,差异表达的lnc RNA所预测得到的靶基因主要富集到血红素绑定和铁离子绑定等GO条目上,涉及m TOR、FOXO和Wnt等衰老相关信号通路。(4)在果蝇S2细胞中,lnc RNA XLOC_076307能够负调控预测所得靶基因Gadd45和Socs36E的表达水平,正调控靶基因Hsp70Bc的表达水平。(5)通过转录组和蛋白组的相关性分析,共鉴定到2700多条m RNA与蛋白质有对应关系,但表达量的变化水平间存在较低的相关性。四组关联分析中m RNA和蛋白质表达趋势相同的差异表达基因分别有11、9、6和4个,m RNA和蛋白质表达趋势相反的差异表达基因分别有7、3、10和9个,表达量变化趋势一致的基因或蛋白在包括如代谢、压力应答、寿命决定、自噬调控等过程或信号通路中发挥着重要作用。综上所述,饮食限制通过调控果蝇多种m RNA和lnc RNA转录本影响下游靶基因或信号通路的表达水平,以延缓衰老。
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