基于转录组重构解析猪不同部位骨骼肌和脂肪的基因表达调控模式

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:acy333
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
猪作为重要的农业动物和理想的潜在动物模型,在农业生产和生物医学研究中扮演着重要的角色。肌肉生长和脂肪沉积是猪的重要经济性状,且不同解剖学部位的肌肉和脂肪具有显著的表型差异,而带来这些差异的具体分子调控机制尚不明确。目前,猪的基因组(Sscrofa 11.1)虽完整度较高(Contig N50:48.23 Mb),但其基因组注释并不完善。因此,构建精准完善的转录组图谱(功能性的蛋白编码转录本和调控性的非编码转录本),进一步完善基因组注解信息将有助于猪的重要性状形成的分子机制的解析,并促进猪这一物种作为医学模型更加广泛的应用于疾病研究。本研究通过采集主要来自于荣昌猪的总计71种器官/组织(包括15种器官,47种骨骼肌和7种脂肪组织)和两种细胞系,分别构建了207个r RNA depleted RNA-seq文库和202个Small-RNA-seq文库并进行测序。两种文库分别获得超过200亿条和26亿条的raw reads(pair-end reads)。鉴定并定量了五种转录本,蛋白编码基因(Protein coding gene,PCG)、具有未知编码潜能的转录本(Transcripts with unknown coding potential,TUCP)、长链非编码RNA(long noncoding RNA,lnc RNA)、环状RNA(circular RNA,circ RNA)和微小RNA(micro RNA,mi RNA),进行了精确的猪的转录组重构。并基于已构建的猪完整转录组,解析了不同部位骨骼肌和脂肪组织的基因表达与调控模式的异同。主要研究结果如下:(1)通过严格的转录本组装和过滤,获得了高质量的猪转录组数据,其中包括22,452个PCG、2,443个TUCP、19,112个lnc RNA、79,359个circ RNA和2,845个mi RNA;(2)转录本基因结构分析表明,lnc RNA相较于PCG和TUCP,其转录本长度更短,转录的亚型更少,具有相似的经典可变剪切接头序列,且启动子和外显子重复序列比例更高而GC含量更低。同时,lnc RNA表达水平与其转录本基因组特征的关系也呈现出不同的规律。(3)五种基因的表达谱特征分析表明,具有更高表达量的PCG在组织间更普遍地表达,而lnc RNA、TUCP、circ RNA和mi RNA则表现出组织特异性的表达模式。同时,与其他转录本相比,PCG和mi RNA在组织间的表达模式表现出更高的相关性。此外,相较于功能性转录本PCG,调控性转录本在组织间差异表达的比例更低,但其表达量变化更大。(4)对转录本的表达复杂度进行分析发现,除cicr RNA外,PCG的转录复杂度最高,高表达的PCG(Top 0.5%)在组织间普遍表达,而高表达的调控性转录本更多的是组织特异性表达。功能富集分析结果表明,普遍表达的PCG在大多数组织中都显著富集在“细胞质转化”和“转化”等生物学进程。而组织特异性高表达的PCG则与组织特异性的功能相关。(5)在已构建的完整猪转录组注释基础之上,进一步研究了来源于不同解剖学部位的47种骨骼肌的转录图谱。大部分的转录本都在所有肌肉中普遍表达,对于每一种骨骼肌和作为对照组织的心肌,都有其特异性表达的转录本。其中,lnc RNA能更好地区分不同类型的骨骼肌;五种类型的转录本都能明显区分心肌与骨骼肌;几乎所有类型的转录本都能区分不同解剖学部位来源的骨骼肌,尤其是位于头部的舌肌。此外,与所有组织的表达模式一样,在骨骼肌中,相较于PCG,调控性转录本在组织间的差异基因比例更低,但其表达量变化更大。(6)通过研究与骨骼肌功能密切相关的基因(MYH、HOX、肌肉细胞因子候选基因、神经肌肉接头相关基因)的表达模式,发现MYH7、MYH2和MYH4是骨骼肌之间差异最显著的MYH基因亚型;基于HOX基因的表达模式,47种骨骼肌呈现出一种典型的基于解剖学位置的分布模式;肌肉细胞因子候选基因和神经肌肉接头相关基因在骨骼肌中的表达呈现出广谱性;肌肉相关基因的差异表达反映了不同解剖学部位骨骼肌肌肉功能的差异。(7)大多数猪骨骼肌(47种中的45种)由大量表达MYH7和MYH2的肌纤维组成,表明猪骨骼肌主要由慢肌纤维组成。躯干部肌肉和后肢肌肉相比于头部肌肉和前肢肌肉具有相对更丰富的快速肌纤维比例。典型的慢型肌纤维比目鱼肌展现出较高的MYH7和较低的MYH4比例。典型的快型肌纤维趾外侧伸肌和腓肠肌,表现出较高的MYH4比例。(8)皮下脂肪(腹部皮下脂肪、背部皮下深层脂肪和背部皮下浅层脂肪)和内脏脂肪(大网膜脂肪、腹膜后脂肪和肠系膜脂肪)有许多共表达的转录本,但它们在基因表达上仍然存在显著差异,尤其是典型的脂肪相关基因。内脏(腹膜后脂肪除外)和皮下脂肪组织之间存在着更多的差异表达基因,而同一类型的脂肪组织差异表达基因数相对较少。皮下脂肪中上调的基因主要参与普遍的细胞外基质过程,而内脏脂肪中上调的基因主要与免疫或炎症反应相关。背部皮下深层脂肪相较背部皮下浅层脂肪,更倾向于与炎症反应相关。(9)基于在猪脂肪组织中表达的29个HOX基因表达的聚类,反映了皮下和内脏脂肪在起源上有着明显的差别,但通过AMP活化蛋白激酶(AMPK)复合级联中与细胞代谢相关的基因表达模式分析表明内脏脂肪中的腹膜后脂肪在代谢特征上更接近于皮下脂肪。综上,本研究完善了猪的转录本注解信息,并在此基础上构建了与猪肉质性状密切相关的不同部位的肌肉和脂肪组织的转录图谱,比较了其基因表达模式的差异,为进一步解析猪肌肉生长和脂肪沉积的分子调控网络提供了理论参考。
其他文献
物联网设备数量呈爆发式增长,在智能家居、智能交通、智能医疗等领域得到了重要的应用,成为我们生活中不可缺少的一部分。但由于许多物联网设备都存在着安全漏洞,而且物联网设备制造商难以及时地为其产品提供适当的安全修补程序,因而伴随着巨大的安全隐患。这些设备容易受到外部黑客攻击造成信息泄露,进而会威胁其接入到网络的安全。解决这个问题的一个有效方法就是检测出连接到网络的可疑物联网设备并对其进行隔离,避免与网关
目的:子痫前期是常见的妊娠期并发症,以妊娠20周后出现的高血压和尿蛋白为特征。母体免疫系统的激活和血管生成失衡参与子痫前期的发生发展。Toll样受体9(TLR9)在先天免疫中占有重要地位。血管内皮生长因子A(VEGFA)和可溶性血管内皮生长因子受体1(sFLT1)分别是重要的促血管生成因子和抗血管生成因子。本研究的目的是探究TLR9是否在母胎界面通过调节VEGFA和sFLT1的表达从而抑制血管生成
导电水凝胶是一种结合电导性与水凝胶多孔吸水特性的新型柔性电极材料,由于其电性能和机械性能的可调性被广泛关注。然而,目前大多导电水凝胶的制备方法是通过电活性填料与绝缘聚合物基质结合方式制备,该方法在获得较好机械灵活性的同时不可避免的影响了其电学性能。基于此,本论文致力于开发兼具高导电性和机械灵活性的导电水凝胶电极材料及探索新型制备工艺,以实现低成本大面积制备高性能、可集成的超级电容器件,从而适应并推
第一部分:妇科多发性原发性恶性肿瘤的临床特点和预后分析目的:本部分的研究拟回顾性、连续性收集单中心妇科多发性原发性恶性肿瘤(multiple primary malignant neoplasms,MPMN)的临床资料并完成随访,从发病年龄、发病部位、间隔时间、FIGO分期、治疗方式及生存时间等方面对其行综合分析,旨在探讨妇科恶性肿瘤相关的MPMN的临床特点和生存预后情况。方法:回顾性、连续性收集
目的膀胱癌(BCa)是泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一。既往研究显示,骨髓间充质干细胞(BMSC)来源的外泌体是转移内源性分子的载体,在BCa的发生发展中起着重要作用。本研究旨在探讨含BMSCs来源的外泌体中miR-9-3p在BCa恶性进展中的作用机制。方法第一部分:通过生物信息学分析从基因表达综合数据库(GEO)中筛选出在BCa中差异表达基因(DEGs),并在BCa组织和配对癌旁正常组织中用qRT-
国际上管理自然灾害最为常见和有效的方法是保险机制,地震保险制度的建立和发展有助于提升区域内地震风险保障水平。自汶川地震以来,政府和社会大力呼吁构建地震保险制度,目前,我国地震保险的顶层设计已经出炉,意味着地震保险的发展进入了快车道。然而地震保险的实际市场表现却不尽人意,经营风险高、盈利难导致保险经营者们始终对地震保险保持高度警惕状态,地震保险认知程度低极大程度上限制了有效需求和覆盖率,地震保险市场
随着网络服务终端站点数量的急剧增加、网络服务对于时延要求和安全性能的不断提高、及网络能耗的显著增大等发展趋势,新一代物联网系统面临着一系列新的技术挑战。本学位论文针对第六代移动通信的愿景展望和技术发展导向,紧密围绕着物联网系统的网络接入场景主要研究终端站点无线接入的安全性方案、物联网终端站点的无线充电与无线信息传输、异构物联网的干扰抑制、终端站点计算任务的时延理论分析、以及基于智能反射面的物联网接
本文主要是基于介质波导滤波器开展技术研究。这类滤波器与平面微带滤波器、介质集成波导滤波器相比,具有更高的Q值和功率容量;与金属波导滤波器、加载介质构成的介质谐振波导滤波器相比,具有更小的尺寸,非常便于集成于现代射频与微波电路中。近几年,随着陶瓷介质工艺的不断成熟,介质波导滤波器以其优异的性能被广泛应用于基站、终端等现代无线通信系统中,国内外学者陆续开展了大量的技术研究和相关工程应用。本文主要针对直
锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应等特点,被认为是便携式电子设备和电动汽车的理想储能器件。一方面,工业化的石墨负极由于比容量低而无法满足锂离子电池对能量密度日益增长的需求;另一方面,具有高比容量的新型电化学活性材料,如金属氧化物、金属硫化物、硅等,在充放电过程中体积变化较大,导致严重的粉化和容量衰减。因此,具有分级结构的多孔碳电极材料受到了关注和开发
得益于基因组学技术、高通量测序技术及生物信息分析技术的迅猛发展,研究人员能够获得海量生物数据对疾病进行深入研究,并在许多领域取得了丰硕成果。然而,对复杂疾病的认识,并未如人们预期那样获得革命性突破,以GWAS研究为例,目前所识别主效应的位点只能解释表型变异的部分遗传度,即遗传性缺失(missing heritability)现象。事实上,复杂疾病的发生发展,是由外在环境暴露因素、内在遗传因素相互影