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藏鸡胚胎低氧适应的转录组差异表达分析

王翔宇  
【摘要】:藏鸡是生活在青藏高原的古老鸡种,其对高原的低压低氧环境有良好的适应性。藏鸡低氧孵化率高于低地鸡。藏鸡低氧适应是由多个基因控制的复杂性状。虽然候选基因法增加了我们对藏鸡低氧适应的了解,但对藏鸡在低氧适应过程中,多个基因如何协同发挥作用不甚了解。为此,我们利用RNA-Seq技术筛选13%氧浓度下藏鸡和低地鸡胚胎心脏、肝脏的差异表达基因及其所在的相关信号通路,以期获得与藏鸡低氧适应相关联的候选基因。 利用RNA-Seq技术对13%氧浓度下,藏鸡和低地鸡胚胎心脏、肝脏进行了转录组测序分析。鸡胚心脏组织送测所有样品表达转录本注释得到的已知基因有26171个。心脏差异基因筛选的标准为Pvalue0.05,藏鸡和白来航中差异基因652个,藏鸡和丝羽乌骨鸡的差异基因167个。经Real-time qPCR验证,藏鸡和低地鸡心脏差异基因表达模式定量结果与转录组测序结果一致。部分差异基因KEGG分析富集到了HIF信号通路、ECM-receptor interaction、脂肪酸代谢、亚油酸代谢等通路上。差异基因GO本体论注释结果表明差异基因在藏鸡胚胎的低氧信号感受、传导以及能量代谢过程发挥重要作用。鸡胚肝脏组织中三个鸡种共表达转录本14580个。选取Pvalue0.05且FDR0.1的转录本作为差异表达的转录本,其中藏鸡和白来航鸡差异表达转录本222个,藏鸡和丝羽乌骨鸡的差异表达转录本171个。有差异基因富集到了谷氨酸盐代谢、能量代谢、异物清除等通路中。GO本体论注释分析表明,差异基因参与藏鸡低氧适应过程中的能量代谢、生物体有害物质的清除以及低氧引起的生物体应激反应的应答。 通过RNA-Seq筛选发现,谷胱甘肽过氧化物酶8(glutathione peroxidase, GPx8)、谷胱甘肽S转移酶(glutathione S-transferase, GST)分别在藏鸡和白来航鸡心脏、肝脏中存在差异,因此我们研究了以谷胱甘肽为中心的相关酶酶活。结果表明,品种、氧浓度对藏鸡和低地鸡GPx、GST舌性有极显著的影响(P0.01),当氧浓度降低至13%时,GPx、GST舌性显著高于常氧(P0.05)。无论是低氧还是常氧,藏鸡的GPx活性都显著地高于低地鸡(P0.05)。 RNA-Seq筛选到富集在AKT-mTOR pathway和Ca2+signaling的差异基因,这些基因参与了低氧诱导因子-1(HIF-1)的调节。属于HIF通路的脯氨酰羟化酶2(EGLN1/PHD2)基因在藏鸡低氧适应过程中是否也调节了HIF-1基因,是否与RNA-Seq筛选到的这两条通路协同发挥作用,这需要进一步研究。为此,我们利用Real-time PCR和western-blot方法对鸡EGLN1基因肝脏组织表达特点进行研究。结果表明:随着氧浓度的降低,白来航鸡胚肝脏中EGLN1基因mRNA表达量极显著下降(P0.01);在低氧条件下,白来航鸡胚中EGLN1基因的表达量显著地低于藏鸡胚胎(P0.05); EGLN1基因蛋白表达量趋势与mRNA表达量一致。 上述研究从转录组角度筛选出了一系列的差异表达基因,这些基因参与了藏鸡低氧适应的能量代谢、抗氧化应激、氧浓度感受等。通过进一步对谷胱甘肽相关酶活研究发现,由于有较强的谷胱甘肽抗氧化系统,藏鸡胚胎的抗氧化应激能力优于低地鸡,通过转录组分析筛选到AKT-mTOR pathway和Ca2+signaling参与了藏鸡胚胎对HIF-1的调节;通过候选基因法,我们发现低氧时EGLN1基因可能也参与了藏鸡胚胎对HIF-1的凋节。上述研究结果为进一步研究藏鸡低氧适应的分子机理提供了新的线索和依据。


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