京海黃雞腿肌全基因組甲基化和轉(zhuǎn)錄組分析研究.pdf

1、肉雞早期生長發(fā)育規(guī)律尤其是生長拐點影響著肉雞最佳上市時間和屠宰體重，進(jìn)而影響著肉雞產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而目前關(guān)于肉雞早期生長發(fā)育規(guī)律遺傳機理的研究卻很少。DNA甲基化作為最常見的表觀遺傳修飾方式之一，在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)，進(jìn)而影響動物的生長發(fā)育，目前關(guān)于優(yōu)質(zhì)肉雞早期生長過程中表觀遺傳調(diào)控機理的研究報道很少。因此本研究選取京海黃雞生長拐點前（緩慢生長階段）、生長拐點及拐點后（上市階段），即對應(yīng)4、12和16周齡三個特殊時間點的腿肌

2、組織，采用轉(zhuǎn)錄組測序RNA-seq和全基因組甲基化測序BS-seq技術(shù)相結(jié)合，探索京海黃雞早期生長過程中全基因組范圍內(nèi)基因表達(dá)水平的變化、DNA甲基化狀態(tài)的變化以及DNA甲基對生長相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控機制，為揭示京海黃雞生長發(fā)育規(guī)律的遺傳機理以及優(yōu)質(zhì)肉雞腿部肌纖維發(fā)育機制提供參考依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.利用三種非線性模型對京海黃雞0～25周齡生長發(fā)育數(shù)據(jù)進(jìn)行生長曲線擬合，發(fā)現(xiàn)京海黃雞生長曲線接近“S”型，且Logistic

3、模型下計算的京海黃雞生長拐點為11.48周齡，拐點體重為896.68g。
　　2.對不同生長階段京海黃雞腿肌樣本共9個（各階段3個重復(fù)），進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，每個樣本最終獲得了8Gb(gigabases)以上的可用數(shù)據(jù)，共檢測出15699個在腿肌中表達(dá)的基因，其中有14432個基因在4、12和16周齡中共同表達(dá)，而分別檢測出59、724和633個基因在4周齡與12周齡(M4W vs M12W)、4周齡與16周齡(M4Wvs M16W)

4、以及12周齡與16周齡(M12W vs M16W)三組比較中差異表達(dá)(FC≥2，F(xiàn)DR＜0.05)，在這些差異表達(dá)的基因中，發(fā)現(xiàn)了MYOD1、FBXO32、CEBPB和FOXO34個轉(zhuǎn)錄因子，以及雞生長軸中的一些基因，如GH、IGF2BP1、IGF2BP2、IGF2BP3、IGFBP3、IGFBP5和IGFBP7等生長相關(guān)的候選基因。
　　3.對差異表達(dá)的基因進(jìn)行GO和Pathway功能富集分析，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)基因顯著富集于細(xì)胞增殖

5、和分化、細(xì)胞遷移、細(xì)胞粘著和連接、細(xì)胞生長、骨骼肌肌纖維發(fā)育、肌肉器官發(fā)育和骨骼肌細(xì)胞分化等生長發(fā)育相關(guān)的生物過程(P＜0.05)，涉及到的基因包括MYOD1，IGFBP3，IGFBP5、IGFBP7和MYH10等已知的與生長發(fā)育相關(guān)的基因。在顯著富集的信號通路中(P＜0.05)，發(fā)現(xiàn)了5個與生長發(fā)育相關(guān)的信號通路，分別為粘著斑、細(xì)胞外基質(zhì)受體互作、胰島素信號通路、緊密連接和肌動蛋白細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)，共有42個基因包含在這5個通路中，包括F

6、GF2、FGF16、FN1、MYH10、MAPK9等，推測這些通路及基因在京海黃雞早期的生長和腿肌發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。
　　4.本研究通過BS-seq技術(shù)構(gòu)建了京海黃雞腿肌全基因組DNA甲基化圖譜，并揭示了其DNA甲基化特征:mCpG為京海黃雞基因組DNA甲基化主要方式，極少部分DNA甲基化發(fā)生在CHG和CHH序列上;CG類型甲基化位點側(cè)翼序列不存在堿基偏好性，而非CG類型甲基化胞嘧啶位點的下游堿基以腺嘌呤(A)出現(xiàn)最

7、多;CG位點甲基化水平在TSS附近顯著下降、基因本體區(qū)顯著升高，而非CG位點甲基化水平在TSS附近顯著升高、基因本體區(qū)內(nèi)顯著下降;不同功能元件的甲基化水平分析中，啟動子區(qū)和CpG島的甲基化水平最低，CDS區(qū)和外顯子的甲基化水平最高;各條染色體上的DNA甲基化水平及甲基化密度存在較大變化。
　　5.不同生長階段京海黃雞甲基化組比較(M4W vs M12W、M4W vs M16W和M12WvsM16W)，分別檢測出2141、2260和

8、1550個差異甲基化區(qū)域(DMR)，分別涉及1022、1055和797個差異甲基化基因，其中分別有263、239和229個基因的差異甲基化發(fā)生在了啟動子區(qū)。
　　6.對啟動子區(qū)差異甲基化基因進(jìn)行功能富集分析，發(fā)現(xiàn)這些差異甲基化基因顯著富集于轉(zhuǎn)化生長因子β受體信號通路調(diào)控、細(xì)胞遷移和細(xì)胞增殖正調(diào)控、細(xì)胞分化和細(xì)胞增殖調(diào)控、骨骼系統(tǒng)發(fā)育、肌動蛋白細(xì)胞骨架組織、細(xì)胞黏附等生長相關(guān)的生物過程(P＜0.05)，以及轉(zhuǎn)化生長因子β信號通路、細(xì)

9、胞周期、溶酶體、核糖體、細(xì)胞黏附分子5個生長發(fā)育相關(guān)的信號通路(P＜0.05)，涉及到的基因包括BMP4和SMAD4等生長發(fā)育相關(guān)基因。
　　7.將甲基化數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，發(fā)現(xiàn)大部分基因啟動子區(qū)DNA甲基化與表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，并且檢測出26個啟動子區(qū)差異甲基化且差異表達(dá)的基因，其中有20個基因啟動子區(qū)甲基化變化與基因表達(dá)變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，包括IGF2BP1和IGF2BP3兩個已知的生長發(fā)育相關(guān)基因。通過BSP技術(shù)對IGF2