中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (19): 3917-3935.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.19.014
何军敏(), 毛静艺, 魏晨, 任一帆, 张果平, 田可川(
), 刘桂芬(
)
收稿日期:
2023-11-27
接受日期:
2024-08-25
出版日期:
2024-10-01
发布日期:
2024-10-09
通信作者:
联系方式:
何军敏,E-mail:hejunmin330@163.com。
基金资助:
HE JunMin(), MAO JingYi, WEI Chen, REN YiFan, ZHANG GuoPing, TIAN KeChuan(
), LIU GuiFen(
)
Received:
2023-11-27
Accepted:
2024-08-25
Published:
2024-10-01
Online:
2024-10-09
摘要:
【背景】羊毛由毛囊(hair follicle,HF)产生并控制,HF结构功能和形态发生是一个复杂的生物过程。细毛羊胚胎期HF发育过程决定了羊毛的产量和品质。苏博美利奴羊是我国自主培育的羊毛细度达17—19 μm的精纺用超细毛羊新品种。超细毛羊HF形态发生过程中miRNA及其调控机制有待更为深入的研究。【目的】解析超细毛羊早期HF发育中miRNA的分子调控机制对于更好地理解HF形态发生过程以及对细毛羊的育种工作具有重要的指导意义,为解析超细毛羊HF发育分子调控机制和选育优质超细毛羊提供可参考的分子标记。【方法】对相同饲养条件下的苏博美利奴羊进行同期发情和人工授精,授精日被指定为胚胎第0天(E0)。在胚胎期第65天(E65)、85天(E85)、105天(E105)和135天(E135)将妊娠母羊安乐死后进行剖宫产收集胚胎的皮肤组织;在羔羊出生后第7天(D7)和30天(D30)采集左侧肩胛部皮肤组织,每个时期采3个样本。运用miRNA-Seq鉴定毛囊发育不同时期的保守miRNA和Novel miRNA,并构建苏博美利奴羊HF发育不同时期的皮肤组织miRNA文库。对差异表达miRNA(DE-miRNA)进行靶基因预测及生物信息学分析,筛选参与超细毛羊HF发育的关键miRNA和候选基因,并构建miRNA-靶基因调控网络。运用RT-qPCR和双荧光素酶报告基因检测方法验证miR-433-3p与NOTCH1的靶向关系。【结果】构建了苏博美利奴羊HF发育不同时期18个皮肤组织miRNA文库,并筛选出87个DE-miRNA和446个Novel DE-miRNA。对DE-miRNA聚类分析可知毛囊诱导分化阶段(E65、E85、E105)有21个DE-miRNA,其中有5个(oar-miR-23b、oar-miR-133等)是关键候选miRNA;毛囊成熟阶段(E135、D7、D30)有28个DE-miRNA。SOM分析结果表明DE-miRNA可聚为10个Cluster,每个Cluster中miRNA有相似功能。对DE-miRNA和Novel DE-miRNA进行混合预测靶基因并进行功能富集发现靶基因主要富集通路有AMPK、Notch、hedgehog。将DE-mRNA与靶基因结合生物信息学分析构建了与HF发育相关的miRNA-靶基因调控网络。在293T细胞中将NOTCH1野生型和突变型载体与miR-433-3p mimics和mimics-NC共转染,结果表明NOTCH1为miR-433-3p的靶基因。【结论】构建了苏博美利奴羊毛囊发育不同时期miRNA表达谱,分析了miRNA及其靶基因的表达调控关系,并构建了miRNA-靶基因调控网络,进一步了解了miRNA在毛囊发育不同时期的作用及分子机制;为解析超细毛羊毛囊发育分子调控机制和选育优质超细毛羊提供可参考的分子标记。
何军敏, 毛静艺, 魏晨, 任一帆, 张果平, 田可川, 刘桂芬. 基于miRNA测序数据解析苏博美利奴羊毛囊发育分子机制[J]. 中国农业科学, 2024, 57(19): 3917-3935.
HE JunMin, MAO JingYi, WEI Chen, REN YiFan, ZHANG GuoPing, TIAN KeChuan, LIU GuiFen. Analyzing the Molecular Mechanism of Hair Follicle Development in Subo Merino Based on miRNA Sequencing Data[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(19): 3917-3935.
表2
NOTCH1野生型和突变型基因序列"
ID | 序列Primer (5′ to 3′) |
---|---|
NOTCH1- WT | TGATTTTGTTTAAGAAATCTGATTGGACAACTCTGTCAGGGTCGTGCTGATAAGGGATGCCAGAACCCAGGCCCCACGACCTGCAGCTGCCGAACCGTAGCTCCTGAGAGCAAAGCCGGGGGGTCCCGACGCCCACCGCACTGAGTCTGCTGCCCCGGCCTCGCCGGGCGTGCTGTGGGGCCACCCCTAGTGGGCACGAT |
NOTCH1- MUT | TGATTTTGTTTAAGAAATCTGATTGGACAACTCTGTCAGGGTCGTGCTGATAAGGGATGCCAGAACCCAGGCCCCACGACCTGCAGCTGCCGAACCGTAGCTCCTGAGAGCAAAATTAAAAAATTTTAAACGCCCACCGCACTGAGTCTGCTGCCCCGGCCTCGCCGGGCGTGCTGTGGGGCCACCCCTAGTGGGCACGAT |
表3
样本测序的数据产量、Reads数和Q30概率"
样本 Sample | 数据产量 Data output (Gb) | Reads (M) | Q30 (%) |
---|---|---|---|
1 | 8.899 | 29.665 | 77.33 |
2 | 7.492 | 24.975 | 77.52 |
3 | 8.541 | 28.47 | 77.49 |
4 | 7.296 | 24.32 | 77.82 |
5 | 5.431 | 18.105 | 77.67 |
6 | 7.921 | 26.405 | 77.73 |
7 | 8.42 | 28.07 | 76.89 |
8 | 7.662 | 25.54 | 77.43 |
9 | 8.653 | 28.845 | 77.93 |
10 | 8.241 | 27.475 | 77.58 |
11 | 5.87 | 19.57 | 77.97 |
12 | 9.137 | 30.46 | 77.57 |
13 | 8.791 | 29.305 | 75.62 |
14 | 8.909 | 29.695 | 75.21 |
15 | 9.762 | 32.54 | 75.49 |
16 | 5.059 | 24.53 | 76.84 |
17 | 5.837 | 19.46 | 76.97 |
18 | 4.708 | 22.2 | 76.84 |
图7
靶基因富集分析 A. 靶基因top30 GO功能富集分析(BP,生物过程)Target gene top30 GO functional enrichment analysis (BP, biological process)(1:细胞迁移与心脏发育 Cell migration involved in heart development;2:液泡组织的正向调节 Positive regulation of vacuole organization;3:血糖稳态 Glucose homeostasis;4:细胞凋亡过程的调控 Regulation of apoptotic process;5:细胞内信号转导的负调控 Negative regulation of intracellular signal transduction;6:程序性细胞死亡的调控 Regulation of programmed cell death;7:线粒体膜电位的调节 Regulation of mitochondrial membrane potential;8:固有免疫应答 Innate immune response;9:小脑浦肯野细胞层发育 Cerebellar Purkinje cell layer development;10:后肾发育 Metanephros development;11:神经管发育 Neural tube development;12:白细胞分化的正向调节 Positive regulation of leukocyte differentiation;13:骨髓白细胞分化的正调控 Positive regulation of myeloid leukocyte differentiation;14:外源性凋亡信号通路 Extrinsic apoptotic signaling pathway;15:Notch信号通路的负调控 Negative regulation of Notch signaling pathway;16:蛋白激酶活性的正调控 Positive regulation of protein kinase activity;17:通过死亡结构域受体的外源性凋亡信号通路 Extrinsic apoptotic signaling pathway via death domain receptors;18:激素生物合成过程的调控 Regulation of hormone biosynthetic process;19:免疫球蛋白分泌的调节 Regulation of immunoglobulin secretion;20:后肾发育的调控 Regulation of metanephros development;21:细胞死亡的调控 Regulation of cell death;22:细胞增殖参与流出道形态发生 Cell proliferation involved in outflow tract morphogenesis;23:蛋白质酪氨酸激酶活性的正调控 Positive regulation of protein tyrosine kinase activity;24:激素代谢过程的调节 Regulation of hormone metabolic process;25:心脏神经嵴细胞迁移参与流出道形态发生 Cardiac neural crest cell migration involved in outflow tract morphogenesis;26:激酶活性的正向调节 Positive regulation of kinase activity;27:模式指定过程 Pattern specification process;28:磷脂代谢过程的调控 Regulation of phospholipid metabolic process;29:蛋白质分解代谢过程 Protein catabolic process;30:分段 Segmentation);B:靶基因top30 KEGG富集分析 Target gene top30 KEGG enrichment analysis"
[1] |
|
[2] |
张小伟, 何军敏, 徐新明, 田月珍, 关鸣轩, 张漫, 付雪峰, 哈尼克孜·吐拉甫, 黄锡霞, 田可川. 苏博美利奴羊毛囊发育不同时期ncRNA调控网络的构建. 中国畜牧杂志, 2022. 58(7): 122-133.
|
|
|
[3] |
何军敏. 苏博美利奴羊毛囊发育不同时期相关基因的筛选[D]. 乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2018.
|
|
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
doi: 10.1038/nrg1379 pmid: 15211354 |
[7] |
|
[8] |
doi: 10.1016/j.acthis.2016.04.001 pmid: 27087048 |
[9] |
|
[10] |
doi: 10.1002/jcp.28633 pmid: 30953362 |
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
doi: 10.1186/s12863-019-0770-8 pmid: 31455210 |
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
doi: 10.1083/jcb.201404001 pmid: 25422376 |
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
doi: 10.1186/s12864-022-08954-2 pmid: 36273119 |
[23] |
doi: 10.1016/s1534-5807(02)00167-3 pmid: 12015971 |
[24] |
pmid: 3270313 |
[25] |
pmid: 1370228 |
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
pmid: 10998155 |
[30] |
pmid: 17083360 |
[31] |
doi: 10.1186/s12915-021-01127-9 pmid: 34503498 |
[32] |
doi: 10.1038/ng1744 pmid: 16462742 |
[33] |
|
[34] |
doi: 10.1016/j.stem.2011.01.014 pmid: 21362569 |
[35] |
|
[36] |
|
[37] |
|
[38] |
doi: 10.1111/exd.12785 pmid: 26121602 |
[39] |
doi: 10.4161/cc.11.3.19058 pmid: 22262186 |
[40] |
doi: 10.1016/j.cub.2006.04.005 pmid: 16682203 |
[41] |
|
[42] |
|
[43] |
樊凯军, 尹俊. 绒山羊70d胚胎皮肤小分子RNA文库构建及miRNA鉴定. 生物技术, 2014, 24(1): 32-36.
|
|
|
[44] |
郝玉, 尹俊. 绒山羊70d胚胎与新生羊羔体侧部皮肤miRNA的比较分析. 生物技术, 2014, 24(5): 71-76.
|
|
|
[45] |
唐晓惠. 藏绵羊毛囊不同发育时期miRNAs表达变化研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2012.
|
|
|
[46] |
袁超. 绒山羊次级毛囊周期性变化相关microRNA的鉴定及miR-125b在毛乳头细胞中的功能研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2014.
|
|
|
[47] |
doi: 10.1080/10495398.2015.1105240 pmid: 26913551 |
[48] |
|
[49] |
|
[50] |
|
[51] |
|
[52] |
doi: 10.3389/fgene.2020.00590 pmid: 33117415 |
[53] |
doi: 10.1016/j.ydbio.2008.11.021 pmid: 19103190 |
[54] |
pmid: 17151017 |
[55] |
|
[56] |
|
[57] |
pmid: 17611229 |
[58] |
|
[59] |
doi: 10.1016/j.diff.2009.06.004 pmid: 19683850 |
[60] |
|
[61] |
|
[62] |
|
[63] |
|
[64] |
doi: 10.1111/exd.12217 pmid: 24079736 |
[65] |
|
[1] | 刘炳琦, 罗春海, 姚伟佳, 王薇, 刘佳金, 李丹阳, 付世新. miRNA-424-5p靶向VEGFA对胎衣不下奶牛胎盘胶原蛋白降解的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 3083-3092. |
[2] | 王兆昊, 郭兴茹, 张乐欢, 何永睿, 陈善春, 姚利晓. csi-miR399响应柑橘溃疡病菌侵染的表达模式及其抗病性分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1484-1493. |
[3] | 王晓阳, 彭振, 邢爱双, 赵盈睿, 马欣丽, 刘方, 杜雄明, 何守朴. 亚洲棉短纤维发育相关长链非编码RNA的鉴定及表达[J]. 中国农业科学, 2023, 56(23): 4565-4584. |
[4] | 殷子贺, 杨成成, 赵钰慧, 赵丽, 吕秀荣, 杨振超, 武永军. 开花期番茄circRNA的测序分析及功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(21): 4288-4303. |
[5] | 吴艳,张昊,梁振华,潘爱銮,申杰,蒲跃进,黄涛,皮劲松,杜金平. circ-13267通过let-7-19/ERBB4通路调控蛋鸭卵泡颗粒细胞凋亡[J]. 中国农业科学, 2022, 55(8): 1657-1666. |
[6] | 李宁,柳坤,刘彤彤,史雨刚,王曙光,杨进文,孙黛珍. 小麦响应干旱胁迫环状RNA的鉴定[J]. 中国农业科学, 2022, 55(23): 4583-4599. |
[7] | 冯睿蓉,付中民,杜宇,张文德,范小雪,王海朋,万洁琦,周紫彧,康育欣,陈大福,郭睿,史培颖. 中华蜜蜂幼虫肠道中微小RNA的鉴定及分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(1): 208-218. |
[8] | 杜宇,范小雪,蒋海宾,王杰,冯睿蓉,张文德,余岢骏,隆琦,蔡宗兵,熊翠玲,郑燕珍,陈大福,付中民,徐国钧,郭睿. 微小RNA介导意大利蜜蜂工蜂对东方蜜蜂微孢子虫的跨界调控[J]. 中国农业科学, 2021, 54(8): 1805-1820. |
[9] | 宣旭娴,盛子璐,解振强,黄雨晴,巩培杰,张川,郑婷,王晨,房经贵. vvi-miR172s及其靶基因响应赤霉素调控葡萄果实发育的作用分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(6): 1199-1217. |
[10] | 王雍,李思妍,何思锐,张迪,连帅,王建发,武瑞. BLV-miRNA跨界调控人类靶基因预测及生物信息学分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(3): 662-674. |
[11] | 陈慧芳,黄绮亮,胡智超,潘晓婷,吴志胜,白银山. 外泌体microRNA在猪成熟和闭锁卵泡中的表达差异及功能分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(21): 4664-4676. |
[12] | 禹保军,邓占钊,辛国省,蔡正云,顾亚玲,张娟. 静原鸡肌肉组织肌苷酸特异性沉积相关LNC_003828- gga-miR-107-3p-MINPP1的关联分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(19): 4229-4242. |
[13] | 张伟,王世银,高莉,杨力伟,邓双义,刘晓娜,石国庆,甘尚权. 巴什拜羊不同发育阶段骨骼肌中miR-486靶基因的研究[J]. 中国农业科学, 2021, 54(14): 3134-3148. |
[14] | 谭照国,李艳梅,白建芳,郭昊宇,栗婷婷,段文静,刘子涵,苑少华,张天豹,张风廷,陈兆波,赵福永,赵昌平,张立平. 小麦TaBG的克隆及其在花药开裂中的潜在功能[J]. 中国农业科学, 2021, 54(13): 2710-2723. |
[15] | 陈露露,王会,王吉坤,王嘉博,柴志欣,陈智华,钟金城. 藏黄牛与宣汉黄牛心脏miRNA表达谱比较[J]. 中国农业科学, 2020, 53(8): 1677-1687. |
|