脂肪型和瘦肉型豬肌肉生長和脂肪沉積相關(guān)基因的差異表達分析和分子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建.pdf

1、骨骼肌細胞和脂肪細胞在生長發(fā)育過程中受到的微效多基因間的互作調(diào)控機制是決定豬胴體和肉質(zhì)等相關(guān)數(shù)量性狀的分子基礎(chǔ)。本研究利用包含140個與豬肌肉生長和脂肪沉積密切相關(guān)基因的Oligo功能分類基因芯片，檢測了脂肪型的太湖豬和瘦肉型的長白豬在出生后不同生長發(fā)育階段，背最長肌(初生，1，2，3，4和5月齡)和背部皮下脂肪(1，2，3，4和5月齡)中相關(guān)基因表達譜的變化。 ①方差分析(ANOVA)和基因分組檢驗(GCT)結(jié)果顯示：背最長肌

2、表達譜中，長白豬分別有18和22個基因，太湖豬分別有3和7個基因在月齡間的表達差異達極顯著(PANOVA＜0.01)和顯著水平(PANOVA＜0.05)，且長白豬中包含10個基因的“參與脂肪酸生物合成的酶”基因分組具有極顯著意義(PErmineJ＜0.01)。皮下脂肪表達譜中，長白豬有25個基因在月齡間的表達差異達顯著水平(PANOVA＜0.05)，且包含23個基因的“參與脂肪或類固醇代謝的酶和調(diào)節(jié)蛋白”基因分組在品種間具有極顯著意義(

3、PErmineJ＜0.01)。提示兩豬種骨骼肌生長速度和脂肪沉積能力表型的巨大差異可能與這些基因的差異表達規(guī)律相關(guān)。 ②短時間序列表達聚類(STEM)結(jié)果顯示：背最長肌表達譜中，先降后升、逐漸上升和逐漸下降、逐漸上升分別是長白豬和太湖豬在初生至5月齡間最具代表性的基因表達模式(PSTEM＜0.01)，其中正調(diào)控肌纖維生長和脂肪酸合成的基因主要表現(xiàn)為逐漸上調(diào)，而抑制細胞增殖和正調(diào)控脂肪酸β氧化的基因則主要表現(xiàn)為逐漸下降。皮下脂肪表

4、達譜中，長白豬和太湖豬各有兩個表達模式分別具有極顯著(PSTEM＜0.01)和顯著性意義(PSTEM＜0.05)，但太湖豬基因表達譜比較分散，占主導(dǎo)優(yōu)勢的表達模式?jīng)]有長白豬明顯，提示太湖豬脂肪細胞內(nèi)參與相關(guān)代謝活動的基因間的調(diào)控關(guān)系較長白豬復(fù)雜。 ③主成分分析(PCA)結(jié)果顯示：長白豬和太湖豬的背最長肌表達譜中分別有7和6個基因，皮下脂肪表達譜中分別有16和13個基因的時序表達模式明顯偏離其他基因，提示可能受到了特殊的調(diào)控。

5、 ④ANOVA和二維層級聚類的PCA映射結(jié)果顯示：長白豬分別有42和27個基因，太湖豬分別有51和20個基因在背最長肌和皮下脂肪間的表達差異達極顯著(PANOVA＜0.01)和顯著水平(PANOVA＜0.05)。53個與脂肪沉積相關(guān)基因在兩組織內(nèi)的時序表達模式大致可分為3類，可按照不同標準篩選存在組織特異性表達模式的基因，為探討IMF和皮下脂肪沉積的分子機制積累了基礎(chǔ)資料。 ⑤基于動態(tài)貝葉斯模型(DBN)構(gòu)建的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(

6、GRNs)從一定程度上揭示了兩品種在肌肉生長和脂肪沉積等生理生化代謝活動方面的明顯差異。網(wǎng)絡(luò)中基因的調(diào)控地位與已知功能信息大致相符，具有一定的準確性和可信度，可從中挖掘相關(guān)性狀潛在的關(guān)鍵特征基因。 ⑥Pathway映射結(jié)果顯示：兩個代表脂肪沉積動態(tài)平衡的通路-脂肪酸代謝和脂肪酸生物合成，兩個代表脂肪沉積調(diào)控的通路-PPAR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和脂肪細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，所涉及的生物學(xué)功能在兩豬種間和生長發(fā)育過程中可能發(fā)生了變化。從一定程度上揭示

7、了不同生產(chǎn)類型的兩豬種在脂肪沉積性狀上巨大表型差異的分子基礎(chǔ)。 ⑦通過基于表達模式識別(STEM)結(jié)果的文獻網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)挖掘，在等級分值較高的子網(wǎng)中尋找到了大量已有相關(guān)研究支撐、對宏觀表型具有重要影響和研究價值的種子基因，建議可作為影響豬肌肉和脂肪性狀的關(guān)鍵特征基因進行深入研究。 ⑧利用物種人的同源基因預(yù)測了本研究背最長肌表達譜中差異表達基因間的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(TRNs)，發(fā)現(xiàn)26個表達差異達顯著水平的基因(PAVOVA＜0.

8、05和0.01)受到E2F轉(zhuǎn)錄因子(E2F1～8)、上游結(jié)合蛋白1(LBP-1/UBP1)、激活增強子結(jié)合蛋白2γ(AP2-gamma)和PHD鋅指轉(zhuǎn)錄因子蛋白(BPTF)等27個轉(zhuǎn)錄因子(TFs)具有顯著性意義的調(diào)控(PTF＜0.05)。提示這些。TFs通過調(diào)節(jié)靶基因的表達，可能對豬肌肉和脂肪性狀的最終表型產(chǎn)生重要影響。 ⑨對片內(nèi)和片間重復(fù)性的評價結(jié)果顯示：4個片內(nèi)重復(fù)的平均變異系數(shù)(C.V)和3個重復(fù)檢測芯片間的平均相關(guān)系數(shù)

9、(f)在皮下脂肪和背最長肌中分別平均為5.95％±3.15％、5.19％±2.87％和0.894±0.038、0.917±0.041，均高于C.V15％和，r＞0.700的成功實驗標準。對兩組織內(nèi)各5個差異表達基因的QRT-PCR驗證顯示：兩種實驗方法檢測結(jié)果均為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)(r)在皮下脂肪和背最長肌表達譜中分別平均為0.874±0.071和0.876±0.095。表明本研究結(jié)果準確可靠，檢測數(shù)據(jù)能夠真實反映基因的表達變化規(guī)律。