多组学关联分析长白猪和青峪猪的氧化型和酵解型骨骼肌差异的分子调控机制

发布时间：2020-09-10 16:58

　　骨骼肌是一种高度异质化的组织类型,其中氧化型骨骼肌和酵解型骨骼肌在人类的多种肌病发生中具有不同的敏感性,在畜禽生产中则与其生长发育和肉品质等重要经济性状密切相关。探索氧化型和酵解型骨骼肌间差异的表观遗传机制可以为人类肌病的治疗和提高畜禽经济性状提供重要信息。因此,本课题选取猪的典型氧化型骨骼肌(腰大肌,PMM)和酵解型骨骼肌(背最长肌,LDM)作为实验材料,并对其进行全基因组甲基化(MeDIP)、mRNA转录组、microRNA转录组、lncRNA转录组和circRNA转录组测序,并对其5种组学数据进行关联分析,深入探索导致氧化型和酵解型骨骼肌差异表型的分子遗传调控网络,其主要结果如下:(1)通过比较成年长白猪的氧化型(PMM)和酵解型(LDM)肌肉的表型性状发现。相比于LDM,PMM具有更细的肌纤维直径、更高的慢肌纤维比例、更高的线粒体含量和更好的肉质性状。(2)在6个MeDIP-seq文库一共获得了43.97Gb的数据,其中大于10X测序深度的高置信度reads超过34.83%。并从LDM和PMM中一共鉴定出15633个差异甲基化区域(DMRs),而在启动子区域仅有478个DMRs。功能富集分析发现启动子差异甲基化的基因主要参与GTP酶活性调节和细胞内级联放大信号等相关通路调控。(3)通过基因芯片技术从LDM和PMM一共鉴定出4983个可以唯一比对到猪基因外显子的转录本。这些转录本的表达水平与基因的启动子和基因内部的甲基化水平都呈极显著负相关,其相关系数分别为(r=-0.513,P=5.71×10~(-14))和(r=-0.256,P=3.186×10~(-6))。(4)在LDM和PMM间仅有617个显著差异表达的基因同时位于差异甲基化区域,其中有340个基因的表达水平与其甲基化程度呈负相关关系,这些基因主要富集于磷酸化通路(36 genes,P=1.25×10~(-3))、蛋白激酶活性(29 genes,P=1.33×10~(-3))、钙离子绑定(38 genes,P=2.75×10~(-3))等生物学过程。(5)在LDM和PMM中共鉴定出668个保守的miRNA,其中175个miRNAs显著性差异表达。这些差异表达miRNA功能主要富集于细胞内信号级联放大、血管发育、氧化压力应答等生物学通路。(6)通过对青峪猪生长曲线拟合,计算出其生长发育拐点为出生后的第178天。对178日龄的青裕猪LDM和PMM进行lncRNA文库的构建和测序,共获得了74.47 Gb(Gigabases)的原始数据,其数据量约为猪基因组大小的36倍。(7)在青峪猪LDM和PMM中共鉴定出16374个可靠的表达基因,其中有810个基因在两种骨骼肌中显著差异表达,差异表达的mRNA主要富集于脂肪酸β氧化,糖酵解过程,脂肪酸代谢和丙酮酸代谢等通路。(8)青峪猪LDM和PMM间共鉴定出4046个lncRNAs,差异表达的lncRNAs顺式调控(cis)靶基因主要富集于氧化还原反应、脂肪酸β氧化、PPAR信号通路等生物学通路;差异表达lncRNA的反式调控(tran)靶基因主要富集于线粒体基质、氧化还原过程、PPAR信号通路等生物学通路。(9)在6个测序文库中共鉴定出808个circRNA,其中137个circRNAs在PMM和LDM中差异表达circRNA。差异表达circRNA宿主基因主要参与钙离子信号通路、ATP代谢、脂肪酸代谢过程和快慢肌纤维类型的转化等生物学过程。(10)在LDM和PMM间筛选出CircRNA9210-miR-23a-MEF2C,CircRNA290-miR-27b-Foxj3和circRNA41-miR-217-SIRT1三条参与慢肌纤维和线粒体生产的分子调控网络。(11)对LDM和PMM间差异表达的mRNA、lncRNA的靶基因、circRNA的宿主基因进行猪的生长发育和肉质性状的QTL定位分析,其中362(42.79%)的差异表达mRNA、57(39.32%)个差异表达lncRNA靶基因和74(54.01%)个差异表达circRNA的宿主基因被定位在猪的生长发育和肉质性状QTL上。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S828
【部分图文】：

脂肪酸代谢,酵解,氧化型,肌纤维

效率成明显正相关关系，0.26mM/s 的氧耗量相当于 0.07mM/s 的三羧酸[40]。此外，快肌和慢肌纤维氧化代谢的差异还与“代谢惯性”相关，也就在运动状态下利用线粒体 ATP 的延迟现象。Bangsbo 等[41]研究发现正常肉在高强度的运动状态下，前 30 秒内磷酸肌酸（PCr）水解和糖酵解提所需的 80% ATP，60-90 秒内提供了 45%的 ATP，而在 120 秒后仅提供%的 ATP。因此，磷酸肌酸（PCr）水解和糖酵解提供的 ATP 逐渐下降，时进行的氧化代谢生成的 ATP 进行弥补。引起不同肌纤维类型间差异惯性”或者“代谢延迟”至少与三个因素相关，第一：肌肉开始运动时，血气的供应，我们知道慢肌比快肌具有更丰富毛细血管组成和氧气含量[42ADP 和肌酸对线粒体呼吸链的激活作用，不同肌纤维在糖酵解反应生和肌酸的能力存在差异。第三：不同肌纤维在运动开始时刻利用乙酰基氧化代谢的限速步骤。因此，以上表明慢肌比快肌具有更高效的线粒体P 的速率。

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业大学博士学位论文第一章文转录或剪接、充当 miRNA“海绵”作用（图 1-4）。例如，研究-7/CDR1a（s小脑变性相关蛋白1 反义转录物）可以作为“海绵”吸附m含 70 个结合位点，通过吸附的“海绵”作用，从而抑制 miR-7 的功能[119]发现 circRNA 与基因的可变剪接呈负相关，可能导致基因表达的[122]研究发现过度表达 circ-Foxo3 将会引起 circ-Foxo3 与细胞周期蛋酶 2（CDK2）和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 1（p21）互作结合合物，从而导致细胞周期的进程抑制。

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从而导致细胞周期的进程抑制。图 1-3. circRNA 的形成示意图[123]e 1-3. Schematic representation of splicing events leading to the generation of ci

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