牦牛大脑和小脑低氧适应性的转录组研究

发布时间：2020-05-08 07:10

【摘要】：牦牛作为青藏高原重要的遗传资源,是当地畜牧业的重要经济支柱。为适应高原恶劣生态环境,牦牛在解剖学和生理学上均表现出一些适应性进化特性。脑部是机体耗氧量最大的组织,探索并挖掘脑组织在牦牛低氧适应性中的作用至关重要。本研究通过RNA-Seq技术分别对类乌齐牦牛、西藏牛、三江牛的大脑和小脑组织进行转录组测序,获得3种牛群大脑和小脑组织间的差异表达情况,筛选与低氧适应性相关的候选基因并进行生物信息学分析,最后随机选取部分候选基因进行荧光定量验证。结果如下:1.18个样本获得reads碱基总数在11,893~16,422 Mbp之间,过滤后GC含量为50%左右,Q30值为94.75%~96.32%,与参考基因组比对后比对率为90.88%~93.81%。2.类乌齐牦牛大脑组织共筛选获得mRNA转录本33,282个,其中新转录本12,499个,已知转录本20,783个,共筛选到lncRNA转录本2,969个,其中新转录本2,703个,已知转录本266个;小脑组织共筛选到mRNA转录本33,552个,其中已知转录本21,008个,新转录本12,544个,lncRNA转录本3,027个,其中新转录本2,750个,已知转录本277个。西藏牛的大脑组织共筛选获得mRNA转录本57,158个,其中新转录本11,362个,已知转录本45,796个,获得lncRNA转录本5,404个,其中新转录本2,014个,已知转录本3,390个;小脑组织中共筛选获得mRNA转录本56,600个,其中已知转录本45,319个,新转录本11,281个,获得lncRNA转录本5,295个,其中新转录本2,015个,已知转录本3,280个。三江牛大脑组织共筛选获得mRNA转录本56,477个,其中已知转录本45,269个,新转录本11,208个,获得lncRNA转录本5,457个,已知转录本3,393个,新转录本2,064个;小脑组织中共筛选获得mRNA转录本55,389个,其中已知转录本44,503个,新转录本10,886个,获得lncRNA转录本4,830个,其中新转录本1,781个,已知转录本3,049个。类乌齐牦牛大脑和小脑组织中共筛选获得2,912个新lncRNAs,13,162个新的mRNAs;普通牛(西藏牛和三江牛)中筛选获得2,439个新lncRNAs,13,585个新mRNAs。3.主成分分析结果显示:类乌齐牦牛mRNA、lncRNA的第一主成分能够将大脑小脑组织进行区分,第二主成分能够将不同个体进行区分。而三江牛和西藏牛mRNA、lncRNA的第一主成分虽然能将大脑小脑组织进行区分,但第二主成分未能完全区分西藏牛和三江牛个体,表明黄牛组织间差异高于种群间差异。此外,不同组织间lncRNA、mRNA表达水平存在差异,其中类乌齐牦牛大脑与小脑组织间,共发现50个差异lncRNAs,424个差异mRNAs;三江牛大脑与小脑组织间,共发现329个差异lncRNAs,2,326个差异mRNAs;西藏牛大脑与小脑组织间,共发现2个差异lncRNAs,89个差异mRNAs。西藏牛组织间差异基因数最少,类乌齐牦牛组织间差异基因数介于两者之间。三江牛与西藏牛大脑组织间共发现42个差异lncRNAs,374个差异mRNAs;小脑组织间,存在263个差异lncRNAs,1,807个差异mRNAs。西藏牛和三江牛大脑间差异基因数目较小脑组织少。4.类乌齐牦牛、西藏牛、三江牛脑组织差异表达基因富集到与低氧适应相关的信号通路,主要包括神经活性-受体相互作用、钙信号通路、cGMP-PKG信号通路、调节肌动蛋白细胞骨架、胰腺分泌物、胰岛素分泌、肾素分泌、心肌细胞中的肾上腺素能信号传导、血管平滑肌收缩、肌醇磷酸代谢、VEGF信号通路、代谢途径、p53信号通路、HIF-1信号通路等。此外,与大脑组织相比,小脑组织差异基因富集到更多低氧适应相关的通路。5.类乌齐牦牛和普通牛组(西藏牛和三江牛)lncRNA靶基因显著富集的信号通路存在差异。类乌齐牦牛lncRNA靶基因富集的生物学过程有跨质膜氨基酸入口、基因表达调节、大分子代谢调节过程等条目;细胞组分上有膜结合的细胞器、细胞器膜、立体纤维素和磷脂酰肌醇-3-激酶复合物等条目;分子功能上有L-鸟氨酸跨膜转运蛋白活性、高亲和力碱性氨基酸跨膜转运蛋白活性、有机环状化合物结合等条目。信号通路显著富集在补体和凝血级联(Q0.05)。普通牛组lncRNA靶基因富集的生物学过程有神经肽分解代谢过程、调节血液中的血管紧张素水平、血管紧张素代谢过程的调节等条目;细胞组分上有动力蛋白复合物、转录抑制因子复合物、细胞内膜结合细胞器等条目;分子功能上有磷酯酰肌醇二磷酸磷酸酶活性、连接酶活性等条目;信号通路显著富集在调节自噬、AMPK信号通路、脂肪消化吸收等26条信号通路(Q0.05)。6.在与低氧相关的信号通路中,共筛选获得91个与低氧相关的候选基因,并分析了其在不同组织的表达情况,发现部分基因的表达在组织间或种群间存在显著差异(P0.05)。从中随机挑选8个基因,通过qPCR技术验证了ADRA1A、MYLK、TNNC1、PRKCH、ACOX1、COX7C、INPP4、TPM3等基因在不同组织中的表达情况,结果与RNA-seq测序结果一致。本研究基于高通量测序结果,筛选类乌齐牦牛、西藏牛及三江牛lncRNA、mRNA的差异表达基因及相关信号通路,为探索牦牛低氧适应的分子机制奠定基础。
【图文】：

分析流程,转录本

/www.mirbase.org/）；GO 数据库（http://amigo.geneontology.org）http://www.kegg.jp）；GenBank（www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/rfam.xfam.org/）。验方法验设计、分析流程究中，牦牛所用参考基因组为 BosGru-2.0，西藏牛、三江牛参S-UCD1.2，每个样本 3 个实验重复。下机数据进行过滤得到 creads 与参考基因组比对，利用 Cufflinks 软件重构转录本，得到转录本。结合 CPC、CNCI 等软件对新转录本进行编码能力预测的 lncRNA，然后分别对样本中 mRNA、lncRNA 进行表达 lncRNA-mRNA 联合分析。其分析流程如图 1：

种群,样本

图 2 三个种群样本总 RNA 质量检测结果Fig.2 Total RNAquality test results of three population samples
【学位授予单位】：西南民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S823.85

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