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肠道微生物菌群变化和免疫应答在动物机体生长、发育过程中发挥重要的作用,为了系统地揭示猪从初生到成年阶段肠道微生物变化以及免疫调控的遗传基础和分子机制,本研究以中国地方代表性品种—梅山猪为试验对象,一方面利用16SrDNA测序技术,并结合OTU分析、物种分类和丰度分析、Alpha多样性分析、Beta多样性分析等一系列生物信息学技术分析了梅山猪在8个不同发育阶段(初生1日龄、7日龄、14日龄、21日龄、28日龄、35日龄、120日龄和180日龄)肠道6个区段(十二指肠、空肠、回肠、盲肠、结肠和直肠)肠道微生物的分布情况;另一方面,利用长链非编码RNA(Long noncoding RNA,lncRNA)测序分析了以上不同日龄脾脏组织中lncRNA和mRNA表达水平,并通过加权基因共表达网络(Weighted Gene Co-Expression Network Analysis,WGCNA)筛选重要的lncRNA、免疫调控通路以及功能基因,在此基础上利用qPCR分析免疫调控通路中相关基因在不同生长发育阶段梅山猪免疫和肠道组织中的表达水平,其次结合cis和trans机制预测其 lncRNA 靶基因,并结合 RNA immunoprecipitation(RIP)-PCR验证 lncRNA 与靶基因的相互作用关系,确定lncRNA调控的重要靶基因,进而利用焦磷酸测序技术分析了关键靶基因启动子甲基化修饰对其发育性表达水平的调控作用。主要结果如下:1.梅山猪不同发育时期肠道微生物变化分析(1)8个不同发育阶段肠道6个区段240个肠道消化物样本共检测到4465个OTU,肠道6个区段按照微生物组成结构和丰度可分为3个部分,分别为十二指肠和空肠组成一类,回肠单独一类,盲肠、结肠和直肠为一类。在十二指肠—空肠段乳酸杆菌(Lactobacillus)和拟杆菌(Bacteroides)为主要优势菌;在回肠中梭菌属(Fusobacterium)和埃希氏杆菌属(Escherichia)为优势菌;在盲肠—结肠段普氏菌属(Prevotella)含量最多。(2)仔猪出生第1天时,6个肠段中微生物组成十分相似,之后随着时间各自演变,肠道菌群在不同肠段表现出明显的时间和空间特异性,但是总体来说大肠(盲肠、结肠和直肠)肠道微生物的变化规律比小肠(十二指肠、空肠和回肠)更为明显。(3)追踪一些和采食以及免疫相关的菌种发现,在不同肠段中它们随时间变化巨大,表明日粮结构改变和免疫调节是影响肠道微生物菌群自出生开始变化最重要的两个因素。此外,不同肠段微生物组成不同,也暗示着不同肠段的消化功能不同。2.梅山猪不同发育时期免疫调控分子机制分析(1)8个不同发育阶段脾脏组织lncRNA测序总共获得251.8 Gb clean reads,基于CNCI分析、CPC分析、PFAM分析和PLEK分析,筛选获得3200个候选lncRNAs;不同日龄间脾脏组织中差异表达lncRNA和mRNA分析显示,以1日龄为参照,7日龄、14日龄、21日龄、28日龄、35日龄、120日龄、180日龄分别与其存在123、53、146、35、129、310、276 个差异 lncRNA,存在 2726、1067、2360、1015、2108、4860、4598 个差异 mRNA;WGCNA分析显示,lncRNA和mRNA转录本被划分成为13个模块,其中purple和grey模板与时间点存在显著的相关性。模块中基因参与KEGG通路富集分析显示,purple模块中免疫通路NF-kappaBsignalingpathway高度富集,其中包括TLR4、IL-1β、IFN-α等免疫调控基因,以及TCONS00112081、TCONS00028679等2个关键lncRNA。靶基因预测发现TCONS00028679下游10kb内存在一个免疫相关靶基因TNF-α,RIP-PCR验证发现,TCONS00028679与TNF-α存在相互作用。(2)不同发育时期组织表达检测显示,TLR4、TNF-α、IL-1β和IFN-α基因在不同发育阶段梅山猪的免疫组织(脾、胸腺、淋巴)和肠道组织(十二指肠、空肠和回肠)中均有表达,其中TLR4基因在脾脏组织中表达水平较高,在其他组织中的表达水平较低,在7和35日龄阶段脾脏和淋巴组织TLR4表达水平明显低于其他不同日龄,在21和35日龄阶段肠道组织TLR4表达水平明显低于其他不同日龄。IFN-α、IL-1β和TNF-α基因在免疫和肠道组织中的表达水平变化随发育阶段的变化较大,IFN-α基因在21、120和180日龄的表达水平明显高于其他阶段,IL-1β在120和180日龄的肠道组织中的表达水平明显高于其他阶段,TNF-α在21和180日龄表达水平明显高于其他阶段;聚类分析发现,免疫组织(脾、胸腺、淋巴)中TLR4、TNF-α、IL-1β和IFN-α基因表达水平比较接近,肠道组织(十二指肠、空肠和回肠)中4种基因表达水平比较接近;表达水平相关性分析显示,TLR4、TNF-α、IL-1β和IFN-α在免疫和肠道组织中表达水平间均存在显著的相关性,表明TLR4、TNF-α、IL-1β和IFN-α在免疫调控中发挥了协同作用。(3)猪TNF-α基因启动子区存在1个CpG区域(417 bp),甲基化检测发现,随着不同日龄增长,TNF-α基因启动子区甲基化水平表现为上升,其中35日龄梅山猪脾脏组织甲基化水平极显著高于其它不同日龄,其次21日龄和28日龄甲基化水平也较高;平均甲基化水平和mRNA表达的相关系数为-0.775,P值为4.87E-07,结合双荧光素酶验证,表明TNF-α基因启动子甲基化水平与mRNA表达水平表现为极显著负相关,其中4个CpG位点(CpG-6、CpG-8、CpG-11和CpG-15)均与mRNA表达水平呈显著负相关,并位于ELK4、Sp1、TFAP2B等转录因子结合域内。本研究利用16S rDNA和lncRNA测序揭示了梅山猪从初生到成年阶段肠道微生物变化以及免疫调控的遗传基础和分子机制,不仅构建了一个完整的梅山猪肠道微生物数据库,而且筛选出TLR4、IL-1β、IFN-α等功能基因,非编码RNA—TCONS00028679及其靶基因TNF-α在梅山猪生长发育过程中发挥重要的免疫调控作用,为今后从肠道微生物和免疫调控层面来科学合理设计猪抗病育种策略奠定基础和提供理论依据。