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[转录组] 转录调控专题1—转录组助力牛肉品质研究

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发表于 2022.5.16 10:47:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
俗话说“国无农不稳,农以种为先。”即便以网络信息时代为主的今天,农业种质的挖掘、开发、利用仍是重要的民生热点话题,正如”手中有粮、心中不慌“。除了对粮食资源的深入挖掘、开发,利用等,动物遗传育种和种质资源的挖掘利用同样刻不容缓。2021年,国家重点专项研发计划《畜禽新品种培育与现代牧场科技创新》项目正式揭榜并将该研究提上日程,极大促进了动物育种技术驶入快车道,为生物种质资源的研究提供了物质上的保障。

如何在这辆高速列车上更快速的挖掘出重要基因调控信息。一方面,以QTL(quantitative trait locus)、GWAS(Genome-Wide Association Studies)等为主的分子标记辅助育种技术,可以将动物数量性状位点和主基因的基因型加以区分,进而直接根据基因型实现优良品种的早期选择与培育,还可根据不同品种的优良性状培育新品种。另一方面,以测序为主的RNA-Seq技术可以探索不同品种优良性状的分子调控机理,或深入挖掘、验证目标基因参与的生物调控功能,也为分子辅助育种提供新的视角。

近年来也常看到转录调控技术研究在动物育种的实际应用,如:在疾病研究领域中,利用全基因组+转录组确定PDGFD是绵羊尾部脂肪沉积的致病基因[1]在疾病防御领域中,利用16S rDNA+转录组发现地衣芽孢杆菌H2(B. licheniformis H2)可促进家禽(鸡)维持肠道健康从而促进与生长相关的益生菌作用机制,并且地衣芽孢杆菌H2可作为抗生素替代品以预防家禽养殖中的临床坏死性肠炎[2]在逆境环境适应机制研究中,利用全转录组技术探究藏猪的适冷机制[3]在肉类品质研究中,利用转录组技术发现KLF6可促进牛肉脂肪细胞的生成,当缺失该基因时,脂肪代谢、细胞凋亡等通路中的基因会受到调空阻碍脂质的积累,为牛肉风味研究挖掘重要基因[4]。

具体如何将转录组技术应用在不同家禽的不同研究领域中,小编今天就先以一篇合作客户的文章,看看转录组技术在肉类品质中的应用,挖掘目标基因具备的生理功能和潜在的调控机制。


  • 中文标题:转录组揭示牛KLF6基因调控脂肪生成的潜在分子机制
  • 发文期刊:International Journal of Biological Macromolecules
  • 发表时间:2021.12
  • IF:6.953
  • 合作单位:西北农林科技大学

研究背景

牛肉的大理石花纹代表其牛肉嫩肉中脂肪沉积的程度,该指标影响肉的口感和嫩度,是许多国家决定牛肉质量的主要因素。研究表明,KLF6基因可在多种哺乳动物组织中高水平表达,同时还可参与脂肪生成途径,在脂肪前体细胞向脂肪细胞的分化过程中具有关键作用。本研究主要目的是利用RNA-Seq技术确定在牛脂肪细胞中抑制KLF6基因表达,可对牛肉大理石纹路的形成产生哪些影响。

实验设计

从秦川牛5天龄的健康牛犊上分离出初级脂肪细胞置于培养基进行培养,一段时间后使用lipofectamine 3000转染剂向初级脂肪细胞中瞬时转染siKLF6和siNC,之后再转至分化培养基中培养。在分化第9天时,使用油红O染液、Bodipy染液进行染色以量化脂滴和细胞呈像。

提取siNC细胞和siKLF6细胞的RNA进行转录组检测,每组6个生物学重复。

研究结果
  
1. 构建KLF6缺失细胞并探索KLF6可能具备的功能

本文旨在研究KLF6在牛肉脂肪细胞形成过程中具备的功能,因此在实验设计时,基于该研究目标构建了KLF6缺失细胞,以期通过观察与正常细胞之间的表型差异判断该基因对生理表型的调控机制。

结果发现siKLF6细胞中KLF6的表达受到抑制且表现出脂肪积累受限,成脂细胞标记基因的mRNA水品显著降低。

图1 KLF6基因的干扰效率、表达及其在牛脂肪细胞分化中的作用

2. 转录组数据探究KLF6基因在牛脂肪生成中的作用

对转录组得到的基因进行差异分析,共获得10,812个显著差异表达基因,其中有15个为脂质代谢相关基因,5个为PPAR信号转导相关基因。相比于siNC,siKLF6组中有62个基因下调表达,109个基因上调表达。为获得差异基因可能参与的生物学调控通路,对所有差异基因进行GO和KEGG富集分析,结果表明:差异基因参与脂肪细胞内脂肪生成生长、分化和脂肪细胞内稳态调节相关途径,如:细胞类型特异性凋亡过程的调节、程序性细胞死亡的负调控、凋亡细胞的负调控、细胞死亡的负调控以及细胞发育、生长和分化(图2)。

图2 转录组数据挖掘KLF6调控的差异基因以及调控的通路

为进一步缩小通路信息,作者将GO富集和KEGG富集的前20条通路合并分析,发现这些通路主要集中于增殖、分化和凋亡。KEGG前20条通路包括为:钙信号途径、MAPK信号途径、紧密连接、细胞因子-细胞因子受体相互作用和凋亡途径中;GO的前20条通路包括:细胞生长、抑制程序性细胞死亡、凋亡发育等过程。最后对差异基因构建Cytoscape网络,发现差异基因主要围绕:脂质代谢、碳水化合物代谢、细胞生长和死亡、PI3K-Akt、PPAP通路中。

图3 差异基因构建Cytoscape网络

最后为进一步验证转录组结果的准确性,作者随机选择了9个显著差异表达基因进行qRT-PCR实验验证转录组结果准确。在讨论部分作者详细的对涉及脂质代谢相关的差异基因均进行了详细描述,以论述KLF6缺失时对其他基因和通路的调控方式。

小结

本篇论文的整体构思以转录组数据挖掘为主,旨在探讨目标基因KLF6在牛肉发育过程中对脂肪积累的调控过程。作者首先构建了KLF6下调表达细胞,通过与正常细胞相比,发现KLF6下调时可抑制脂滴形成,上调调节脂肪生成、脂肪细胞分化、牛脂肪细胞稳态的相关基因,说明该基因对牛脂肪细胞的脂质代谢具有调节作用。

肉质风味研究为我们提供更具备经济价值的食物,在这些家禽类动物成长过程中难免遇到病毒、疾病的侵袭导致良种产量不稳,难以形成产业化。了解优良家禽的抗病机理研究刻不容缓。在下期的转录调控专题中,我们会介绍如何利用转录组或将转录组与其他组学关联以助力家禽类疾病机理研究。要持续关注我们呐~

▼参考文献▼
[1] Li X, Yang J, Shen M, et al. Whole-genome resequencing of wild and domestic sheep identifies genes associated with morphological and agronomic traits. Nat Commun. 2020 Jun 4;11(1):2815.
[2] Zhao Y, Zeng Y, Zeng D, et al. Dietary Probiotic Supplementation Suppresses Subclinical Necrotic Enteritis in Broiler Chickens in a Microbiota-Dependent Manner. Front Immunol. 2022 Mar 18;13:855426.
[3] Yang Y, Yuan H, Liu X, et al. Transcriptome and Metabolome Integration Provides New Insights Into the Regulatory Networks of Tibetan Pig Alveolar Type II Epithelial Cells in Response to Hypoxia. Front Genet. 2022 Jan 21;13:812411.
[4] Raza SHA, Khan R, Cheng G, et al. RNA-Seq reveals the potential molecular mechanisms of bovine KLF6 gene in the regulation of adipogenesis. Int J Biol Macromol. 2022 Jan 15;195:198-206.
  

本文作者:基迪奥-zero

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发表于 4 天前 | 显示全部楼层
RNA-Seq reveals the potential molecular mechanisms of bovine KLF6 gene in the regulation of adipogenesis
这文章sci下载不了。
建议把参考文献都放到帖子里。
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