崂山奶山羊不同泌乳期乳腺组织可变剪接鉴定及PTEN基因与泌乳性状关联分析

【摘要】：可变剪接是将外显子和部分内含子重组为成熟mRNA的过程,结果导致基因在表达过程中产生多种转录本,可变剪接不仅是增加蛋白质多样性的重要原因,同时在基因表达调控中占据重要地位。PTEN是发现的第一个具有双重特异性磷酸酶活性的基因,PTEN基因功能的丧失会导致PI3K-AKT途径的失控激活,从而刺激细胞生长、增殖和分化,并抑制细胞凋亡。本研究对崂山奶山羊泌乳初期、高峰期和末期乳腺组织RNA-Seq数据进行可变剪接的鉴定,差异可变剪接基因分析;根据GO注释和KEGG通路分析结果,构建可变剪接调节蛋白和乳腺发育及泌乳相关基因调控网络。采用荧光定量方法,检测调控网络核心基因PTEN可变剪接体在138只泌乳母羊群体中的分布,并与泌乳性状进行关联分析。主要研究结果如下:1.不同泌乳期共鉴定到151503个可变剪接事件,对应17627个可变剪接基因,占山羊总注释基因的64.92%,其中共有可变剪接基因14783个;第1个外显子可变剪接、最后1个外显子可变剪接、单外显子跳跃、可变5′或3′端剪接为主要剪接事件类型,多内含子滞留为稀有剪接事件类型。2.泌乳初期、高峰期和末期特有可变剪接基因数目分别为317、983和198。三个泌乳期间共鉴定到6323个差异可变剪接基因,其中共有差异可变剪接基因4018个。3.特有可变剪接基因GO分析结果表明:泌乳初期注释结果涉及乳腺细胞增殖、分化等密切相关的条目;高峰期涉及影响乳腺上皮细胞乳汁分泌和组织代谢等密切相关的条目;末期涉及与乳腺上皮细胞活力密切相关的条目。差异可变剪接基因主要富集到核质、蛋白质结合、mRNA加工和RNA剪接等相关GO条目;参与果糖和甘露糖代谢、催产素信号通路、钙信号通路、内质网中的蛋白质加工、半乳糖代谢等和乳腺组织生理活性密切相关的KEGG通路。4.可变剪接调节蛋白和乳腺发育及泌乳相关基因调控网络结果显示,PTEN为调控网络核心基因。5.泌乳性状指标间相关性分析结果表明:300 d产奶量与乳糖率、乳蛋白率、总固形物、非脂固形物呈极显著效应(P0.01);乳脂率与乳糖率、真蛋白率呈极显著效应(P0.01),与乳蛋白率、总固形物呈显著效应(P0.05);乳糖率与乳蛋白率、真蛋白率、非脂固形物呈极显著效应(P0.01);乳蛋白率与真蛋白率、非脂固形物呈极显著效应(P0.01),与总固形物呈显著效应(P0.05);真蛋白率与总固形物、非脂固形物呈极显著效应(P0.01);总固形物与非脂固形物呈极显著效应(P0.01)。6.PTEN基因可变剪接体与泌乳性状关联分析结果表明:PTEN-1剪接体与300 d产奶量呈显著正相关(r=0.205,P0.05),与乳糖率呈显著负相关(r=-0.164,P0.05),与非脂固形物呈显著负相关(r=-0.179,P0.05);PTEN-2剪接体与乳蛋白率呈显著负相关(r=-0.160,P0.05),与真蛋白率呈显著负相关(r=-0.159,P0.05)。综上所述,可变剪接的发生在奶山羊乳腺组织不同泌乳期具有发育阶段特异性;特有可变剪接基因与乳腺组织生理活性特点密切相关,差异可变剪接基因在奶山羊乳腺组织发育及泌乳功能的调控中发挥重要作用。PTEN基因的可变剪接体可作为影响崂山奶山羊泌乳性状的分子遗传标记,用于指导崂山奶山羊泌乳性状相关的选育工作。