体尺性状是动物间表型差异最直观的表现,也是鉴定家畜品种的关键特征之一。家畜的体尺直接反映了其体格大小和躯体的结构、发育等情况,与家畜的生理机能、生产性能、抗病力以及对外界环境条件的适应能力等密切相关。体尺性状是决定品种优劣和生产性能高低的重要指标,已成为家畜育种中优先考虑的因素。马的体尺性状同样极其重要,是决定马匹性能和经济价值的一个关键因素。中国德保矮马是世界上稀有珍贵、自然形成的最矮马种之一,深入了解控制矮马体尺性状的关键基因及其调控机理对揭示矮马矮小特性的遗传机制具有重要意义。本研究以体格矮小的德保矮马和体格较为高大的蒙古马为研究对象,选取与其体格发育密切相关的幼年期与成体期脑垂体和长骨组织,经转录组测序与数据分析,系统地筛选了马体格性状形成的关键候选基因,一定程度上揭示了候选基因的表达模式与体尺性状之间的关联性,为进·步阐明德保矮马体格矮小特性的分子遗传机制奠定了重要的基础。全文研究结果如下:(1)转录组测序结果显示幼年和成年期德保矮马与蒙古马垂体及长骨骨骺组织差异表达mRNA共有29243个,其中上调基因13946个,下调基因15297个。成年期两种马无论是垂体还是长骨组织,差异基因均表现为蒙古马呈高表达趋势;幼年期,垂体组织在蒙古马中节高表达趋势,而长骨组织则是在矮马中呈高表达趋势。(2)分析发现幼年期德保矮马垂体中GH、TSHB和CGA基因的表达远远高于蒙古马,而成年期两种马上述基因的表达没有显著差异。德保矮马无论成年还是幼年期,IGF-1和GHR基因表达都显著低于蒙古马;Western Blot检测显示,无论幼年期还是成年期,垂体GH激素的表达德保矮马均高于蒙古马。q-PCR检测结果与测序所得数据相符。(3)深入分析德保矮马和蒙古马长骨组织的差异表达基因,发现德保矮马长骨生长发育中起重要作用的GHR信号通路mRAS、MAPK103基因表达显著下调,WNT/Ca2+信号通路PLCβ2基因表达显著上调,同时TLR基因及其信号通路基因TGFβ3、TNFSF14表达显著上调(p≤0.05)。这些通路可导致骨细胞增殖减慢、细胞胞外基质提前矿化使骨生长停止。推测上述3条信号通路相互协作导致德保矮马体格矮小性状形成。(4)在马骨髓间充质干细胞诱导的成骨细胞和ATDC5细胞培养过程中,添加WNT信号通路抑制剂后检测发现,通路中WNT2、WNT5A和PLCg2基因标达下降,经GHR-RNAi慢病毒转染ATDC5细胞后检测显示,GHR及其信号通路中m-RAS和ATF3基因表达均呈下降趋势,这与测序数据结果相一致。(5)血浆检测发现,德保矮马幼年期比成年期血浆IGF-1浓度高,而血浆GH浓度则相反。蒙古马幼年期比成年期血浆GH含量高,而血浆IGF-1浓度则相反,显示不同发育时期两种马GH和IGF-1的分泌有很大不同。这些激素分泌量的变化与转录测序分析显示的基因表达趋势相一致。德保矮马尽管高表达GH,因GHR分泌量少,GH依然不能充分发挥其促生长作用,从而导致德保矮马体高明显低于蒙古马。综上所述,对德保矮马与蒙古马决定其体高关键组织垂体和长骨骨骺组织转录组mRNA水平分析发现,两类体格差异显著的马匹,调控体格发育关键候选基因GHR、IGF-1、TSHB和CGA的表达规律有明显不同;调节体高生长发育主要激素蛋白的血浆含量的变化,与其基因表达趋势相一致;在细胞水平对这些关键激素基因进行敲减,检测其信号通路相关基因的表达变化,得出了与预期一致的结果。以上在基因、蛋白质、细胞水平的综合研究结果,对揭示德保矮马矮小体尺性状形成的分子遗传机制积累了重要的数据,奠定了扎实的基础,对培育特殊用途马的分子育种提供了关键的基因资源,同时为揭示人类体高相关疾病的遗传机制提供了新的研究思路。