长链非编码RNA MEG3对牛肌肉细胞分化的调控机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bynlxd
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我国具有十分丰富的肉牛种质资源,拥有54个地方黄牛品种,这些黄牛品种骨细皮薄、肉质细嫩鲜美,肉味和质感适合我国人民的口味要求,但是相对于国外优秀的肉牛品种,我国黄牛品种普遍存在生长速度缓慢、体型发育不佳、胴体产肉率少等诸多缺陷。因此提高肉牛生长速度,牛肉产出率和牛肉品质就成为当前肉牛育种的核心目标,而阐明肌肉发育的调控机制对于提高肉牛生长速度和牛肉产出率具有重要的意义。肌肉发育涉及众多的肌生成调节因子(The myogenic regulatory factors,MRFs)和信号通路,目前对肌肉发育的程序化调控过程已经有了较为清晰的认识。众多研究显示,以Myo D,Myf-5,myogenin和MRF4四种肌生成调节因子组成的调节网络在肌肉发育中起着核心作用。但是,由于肌生成涉及的调控网络极其复杂,目前仍然存在着大量的的调节因子有待进一步的鉴定。近些年来,随着分子生物学的不断发展以及对基因组的研究愈加深入,人们发现长链非编码RNA(long noncoding RNAs,lncRNAs)对于肌肉发育也有着不可忽视的调节作用,但是其在家畜上对于肌肉发育的调控作用仍鲜有报道。因此,本文通过在本试验室已有的长链非编码RNA测序基础上,结合已有的文献报道,筛选出差异表达的长链非编码RNA-MEG3,利用表达图谱分析,实时荧光定量PCR,基因过表达和RNA干扰,蛋白免疫印迹(Western Blot),核质表达等技术对其调控肌肉细胞分化的分子机制展开深入的研究。主要研究结果如下:1.lncRNA-MEG3能够竞争性结合miR-135上调其靶基因MEF2C的表达,促进牛肌肉细胞分化LncRNA-MEG3全长1954 nt,位于牛21号染色体上,具有5个外显子,在物种间的序列保守性较差,在UCSC和NCBI数据库中及多篇文献报道其属于长链非编码RNA。表达谱分析显示,lncRNA-MEG3在胎牛时期特异性高表达,同时核质分析显示其在细胞核细胞质中都有表达;通过半定量和实时荧光定量PCR对不同分化天数(0d,1d,3d和5d)的牛肌肉原代细胞lncRNA-MEG3的表达量分析发现,lncRNA-MEG3的表达量随着细胞分化天数的增加而增加;通过基因过表达和RNAi技术改变lncRNA-MEG3的表达量发现,肌肉分化相关的标志性基因(Myo G和My HC)会发生显著改变,促进肌肉细胞分化。通过在线软件RNAhybrid预测分析发现,miR-135与lncRNA-MEG3存在多个结合位点,双荧光素酶报告系统对二者进行验证分析后发现,lncRNA-MEG3能够直接吸附miR-135;同时结合实时荧光定量PCR和Western Blot技术检测发现,lncRNA-MEG3能够竞争性结合miR-135,从而解除miR-135对靶基因MEF2C的抑制作用,提高MEF2C的表达。2.lncRNA-MEG3对牛肌肉细胞的增殖和凋亡没有显著影响利用过表达和干扰的方法,对lncRNA-MEG3的表达量进行改变,随后对增殖及凋亡标志基因的m RNA和蛋白水平进行检测,没有发现显著变化。利用EDU及CCK8试剂盒法对细胞的增殖进行检测,同样没有发现明显变化,以上结果表明,lncRNA-MEG3对牛肌肉细胞的增殖和凋亡没有显著影响。3.MEG3遗传变异能够影响lncRNA-MEG3的表达量并且与黄牛生长性状显著相关利用DNA混池测序,在MEG3基因中,鉴定出4个SNPs位点,这4个SNPs位点均位于MEG3基因外显子中。与生长性状的关联分析表明,4个SNP位点与不同黄牛品种的部分生长性状显著相关。利用在线软件RNAfold对lncRNA-MEG3二维结构分析后发现,rs41585323和rs110532849位点能够显著改变其二维结构。随后将不同的SNP位点与个体lncRNA-MEG3的表达量关联分析发现,rs41585323和rs110532849能够显著影响个体lncRNA-MEG3基因的表达量。4.揭示了lncRNA-MEG3启动子的活性区域并预测其可能与多种转录因子结合通过构建不同长度的截断体,利用双荧光素酶报告系统,在C2C12和293T两个细胞系中筛选出lncRNA-MEG3的启动子活性核心区域位于-546至-352 bp之间。利用在线软件JASPAR2018和TRANSFAC对活性区域内结合的转录因子进行预测发现,在活性区域内具有多个与细胞分化相关的转录因子结合位点,如ARID3A、Hox A5、Myod1、MEF2C和MEF2A等。本文详细的探究了lncRNA-MEG3对牛骨骼肌的调控机制,为后续肉牛肌肉发育相关lncRNAs的研究提供了新的思路和研究基础,对于揭示中国地方黄牛肌肉发育的调控网络,加快中国专门化肉牛品种的培育提供理论支持。
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