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

1、骨骼肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞在生長(zhǎng)發(fā)育過程中受到的微效多基因間的互作調(diào)控機(jī)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(gè)與豬肌肉生長(zhǎng)和脂肪沉積密切相關(guān)基因的Oligo功能分類基因芯片，檢測(cè)了脂肪型的太湖豬和瘦肉型的長(zhǎng)白豬在出生后不同生長(zhǎng)發(fā)育階段，背最長(zhǎng)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(dá)譜的變化。 ①方差分析(ANOVA)和基因分組檢驗(yàn)(GCT)結(jié)果顯示：背最長(zhǎng)肌

2、表達(dá)譜中，長(zhǎng)白豬分別有18和22個(gè)基因，太湖豬分別有3和7個(gè)基因在月齡間的表達(dá)差異達(dá)極顯著(PANOVA＜0.01)和顯著水平(PANOVA＜0.05)，且長(zhǎng)白豬中包含10個(gè)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(dá)譜中，長(zhǎng)白豬有25個(gè)基因在月齡間的表達(dá)差異達(dá)顯著水平(PANOVA＜0.05)，且包含23個(gè)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(zhǎng)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(dá)規(guī)律相關(guān)。 ②短時(shí)間序列表達(dá)聚類(STEM)結(jié)果顯示：背最長(zhǎng)肌表達(dá)譜中，先降后升、逐漸上升和逐漸下降、逐漸上升分別是長(zhǎng)白豬和太湖豬在初生至5月齡間最具代表性的基因表達(dá)模式(PSTEM＜0.01)，其中正調(diào)控肌纖維生長(zhǎng)和脂肪酸合成的基因主要表現(xiàn)為逐漸上調(diào)，而抑制細(xì)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(dá)譜中，長(zhǎng)白豬和太湖豬各有兩個(gè)表達(dá)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(dá)譜比較分散，占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)的表達(dá)模式?jīng)]有長(zhǎng)白豬明顯，提示太湖豬脂肪細(xì)胞內(nèi)參與相關(guān)代謝活動(dòng)的基因間的調(diào)控關(guān)系較長(zhǎng)白豬復(fù)雜。 ③主成分分析(PCA)結(jié)果顯示：長(zhǎng)白豬和太湖豬的背最長(zhǎng)肌表達(dá)譜中分別有7和6個(gè)基因，皮下脂肪表達(dá)譜中分別有16和13個(gè)基因的時(shí)序表達(dá)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(jí)聚類的PCA映射結(jié)果顯示：長(zhǎng)白豬分別有42和27個(gè)基因，太湖豬分別有51和20個(gè)基因在背最長(zhǎng)肌和皮下脂肪間的表達(dá)差異達(dá)極顯著(PANOVA＜0.01)和顯著水平(PANOVA＜0.05)。53個(gè)與脂肪沉積相關(guān)基因在兩組織內(nèi)的時(shí)序表達(dá)模式大致可分為3類，可按照不同標(biāo)準(zhǔn)篩選存在組織特異性表達(dá)模式的基因，為探討IMF和皮下脂肪沉積的分子機(jī)制積累了基礎(chǔ)資料。 ⑤基于動(dòng)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(zhǎng)和脂肪沉積等生理生化代謝活動(dòng)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(zhǔn)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(gè)代表脂肪沉積動(dòng)態(tài)平衡的通路-脂肪酸代謝和脂肪酸生物合成，兩個(gè)代表脂肪沉積調(diào)控的通路-PPAR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和脂肪細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，所涉及的生物學(xué)功能在兩豬種間和生長(zhǎng)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(dá)模式識(shí)別(STEM)結(jié)果的文獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)挖掘，在等級(jí)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(duì)宏觀表型具有重要影響和研究?jī)r(jià)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(jìn)行深入研究。 ⑧利用物種人的同源基因預(yù)測(cè)了本研究背最長(zhǎng)肌表達(dá)譜中差異表達(dá)基因間的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(TRNs)，發(fā)現(xiàn)26個(gè)表達(dá)差異達(dá)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(qiáng)子結(jié)合蛋白2γ(AP2-gamma)和PHD鋅指轉(zhuǎn)錄因子蛋白(BPTF)等27個(gè)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(dá)，可能對(duì)豬肌肉和脂肪性狀的最終表型產(chǎn)生重要影響。 ⑨對(duì)片內(nèi)和片間重復(fù)性的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：4個(gè)片內(nèi)重復(fù)的平均變異系數(shù)(C.V)和3個(gè)重復(fù)檢測(cè)芯片間的平均相關(guān)系數(shù)

9、(f)在皮下脂肪和背最長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)兩組織內(nèi)各5個(gè)差異表達(dá)基因的QRT-PCR驗(yàn)證顯示：兩種實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)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(zhǎng)肌表達(dá)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(zhǔn)確可靠，檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映基因的表達(dá)變化規(guī)律。