lncRNA转录组分析泌乳母猪热应激机制

2021年9月13日 7点热度 0条评论 来源: 菌小落

热应激(Heat stress, HS)严重影响母猪泌乳性能,然而,关于HS通过下丘脑-垂体-乳腺轴(HPMA)影响雌性动物泌乳性能的机制,信息有限。长链非编码RNA (Long non-coding RNAs, lncRNAs)在转录和转录后调控中发挥重要作用。但是,lncRNA在母猪下丘脑-垂体-乳腺轴上表达影响泌乳性能的机制尚不清楚。因此,本研究对热应激和热舒适条件下哺乳母猪的下丘脑、垂体和乳腺组织进行了RNA测序和生物信息学分析,结合转录组分析揭示HPMA对HS的响应机制,探讨热应激诱导哺乳期母猪泌乳的深层次原因。

技术路线

研究结果

HPMA(下丘脑-垂体-乳腺轴)中的鉴定表达分析

使用|log2Fold Change| > 1和Pvalue <0.05作为差异基因筛选标准,分别在不同处理下的下丘脑、垂体和乳腺,鉴定到差异表达的mRNA和lncRNA,并通过venn图,展示下丘脑、垂体和乳腺在热应激下共有的差异表达基因(图1)。聚类分析确定HS和TC条件下DE lncRNA和DE mRNA的表达模式,DE LncRNA和DE mRNA的热图显示三个组织中TC组和HS组分别明显分离(图2)。

图1 HS组和TC组之间HPMA中的DE lncRNA(图1 A)和DE mRNA(图1 B)

图2 HS组和TC组之间HPMA组织中DE lncRNA(图A)和DE mRNA(图B)的热图

本研究主要从激素基因、乳蛋白相关基因和热休克蛋白3个方面对HPMA调控母猪泌乳过程的可能途径进行研究。激素基因方面,HS组下丘脑GHRH、泌乳素释放激素(PRLH)、PRL受体(PRLR)表达显著下调(P < 0.01)。垂体PRL和卵泡刺激素受体(FSHR)的表达下调(P < 0.01),而GH的表达不受影响。HS组乳腺GH受体(GHR)表达显著上调(P < 0.01), IGF-1表达显著下调(P < 0.01)。此外,Csn2表达上调(P < 0.05),Csnk1g3表达下调(P < 0.01),而Csn1s1、Csn3等乳蛋白相关基因在乳腺中的表达在两组间无显著差异。通过RNA测序,分别在垂体和乳腺中发现编码热休克蛋白的19和25个DE mRNA,包括编码Hsp10、Hsp40、Hsp60、Hsp70、Hsp90和Hsp110的基因。HS组Hsp90aa1、Hspa4l、Hspa4等大部分基因表达显著上调(P <0.01)。

富集分析

在下丘脑、垂体和乳腺中差异表达的lncRNA,分别预测到129、33和33个潜在的顺式靶基因,对这些靶基因进行GO和KEGG富集分析(图3)。同时,对差异表达的mRNA也分别进行了GO和KEGG富集分析。

图3 (A-B)下丘脑DE lncRNA靶基因的GO和KEGG富集分析;(C-D)垂体DE lncRNA靶基因的GO和KEGG富集分析; (E-F)乳腺DE lncRNA靶基因的GO和KEGG富集分析

lncRNA-mRNA共表达网络的构建

通过构建基因共表达网络,鉴定DE lncRNA与DE mRNA之间的相互作用。下丘脑中只有两个DE lncRNAs (MSTRG.16623.2, ENSSSCT00000057567)与mRNA (ENSSSCG00000003650, ENSSSCG00000034396)呈负相关。垂体和乳腺中DE lncRNAs和DE mRNA的相关性分别为60对和86对,其中50对和72对为正相关,10对和14对为负相关(图4)。在垂体和乳腺中分别有10和6个DE mRNA与不止一个DE lncRNA相互作用。其中,在乳腺中mRNA (ENSSSCG00000008954)与8种不同DE lncRNA呈显著正相关。

图4 lncRNA与mRNA在垂体(图4 A)和乳腺(图4 B)的共表达网络;红色代表上调,绿色代表下调

qPCR验证

从下丘脑、垂体和乳腺中随机选取3个DE lncRNA和3个DE mRNA进行qPCR,验证其差异表达(图5),结果与测序数据一致。

图5分别为下丘脑、垂体和乳腺DE lncRNA和DE mRNA的qPCR验证结果

结论

本研究采用RNA-seq对HS泌乳母猪的下丘脑、垂体和乳腺组织进行分析,发现各组织大规模的转录变化参与了对HS的适应性反应。HS可降低下丘脑功能及相关激素(GHRH、PRLH、PRL)的表达,并可激活POA的热敏神经元,影响采食量。母猪的垂体在HS期间处于高能量消耗状态,可能导致垂体能量平衡负,内分泌紊乱。此外,HS在哺乳过程中可能导致乳腺缺氧,影响细胞存活,增加细胞间紧密连接的通透性。HS影响Hsps在hpma相关组织中的表达,可能消耗能量储备,降低泌乳性能。结果提示,lncRNA MSTRG.17186、lncRNA MSTRG.5366、CITED4和ROBO1可能是热应激母猪泌乳过程的重要调控因子。需要进一步研究lncRNA与HS下泌乳调控的分子机制。

本研究的RNA测序和分析由上海派森诺生物科技有限公司完成

参考文献:Ni Y, Wu F, Chen Q, Cai J, Hu J, Shen J, Zhang J. Long noncoding RNA and mRNA profiling of hypothalamic-pituitary-mammary gland axis in lactating sows under heat stress. Genomics. 2020 Sep;112(5):3668-3676. doi: 10.1016/j.ygeno.2020.04.021.

    原文作者:菌小落
    原文地址: https://blog.csdn.net/muhamuha2020/article/details/120262857
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