妊娠早期叶酸缺乏对猪肉质相关基因的表观遗传学调控研究

How to improve meat quality level, based on the economic characters of fast growth and high carcass lean meat, has become a new research direction for pig breeding experts in the 21st century. Meat quality is a typical quantitative traits and the epigenetic state is one of the major molecular regulation mechanism of gene expression. The mammalian epigenetic model is established in the cell differentiation process in early embryo, and has been affecting the expression of the trait loci in the whole life. As the methyl donor of SAM, folic acid is one of the most important nutrient ingredients affecting the epigenetic stat，however the effect of folic acid on meat quality traits and its epigenetic mechanism has not been reported at home and abroad. With the pig genome gradually clear, the using high throughput technologies, this project is to study the effects of folic deficiency during early pregnancy on the pork quality traits, to find the key genes of the effect of folic acid on the meat,and to explore epigenetic regulation mechanism of the gene expression related meat quality. The purpose of this study is to to search for the nutriepigenic proof of the meat quality improvement and to provide the molecular basis of genetics and epigenetics for the improvement of the meat quality traits. Innovative pointsof this project: for the first time to explore the importance of improving meat quality of folate balance during early pregnancy; And for the first time to establish the model of different concentration folate affecting skeletal muscle cell proliferation in vitro.

如何在保证猪的生长速度和胴体瘦肉率的经济性状基础上，提高猪的肉质水平已成为21世纪育种专家新的攻关方向。猪肉质性状属于典型的数量性状，表观遗传状态是调控微效多基因表达的主要分子机制之一。哺乳动物的表观遗传模式主要在胚胎早期细胞分化过程中建立，并一直影响着性状基因的表达。叶酸作为S-腺苷甲硫氨酸的甲基提供者，是影响表观遗传状态主要营养成分之一，妊娠早期母猪的叶酸营养是否通过胎猪的表观遗传状态影响着猪肉质水平国内外尚未见报道。随着猪基因组图谱的逐步明晰，本课题利用高通量技术研究妊娠早期叶酸缺乏对猪肉质性状的影响，寻找叶酸影响肉质的关键基因，探讨其影响基因表达的表观遗传学调控机制，目的在于阐明猪肉质性状改良的营养表观遗传学依据，为猪肉质性状改良提供遗传学和表观遗传学分子基础。本课题创新点：首次探讨母猪妊娠早期叶酸营养对改善肉质性状的重要性；首次在体外建立不同浓度叶酸影响骨骼肌细胞增殖分化的模型。

近年来，提高肉质水平已成为21世纪养猪业及育种专家新的攻关方向；在人类孕前孕后补充叶酸对后代的长远影响已受到专家的质疑并将成为新的研究热点。本研究探讨叶酸的缺乏及补充对骨骼肌形成及发育的影响，旨在为肉质改善和临床叶酸营养提供有力的实验支持。首先，我们以猪为动物模型，观察孕早期叶酸缺乏对仔猪骨骼肌性状及mRNA表达谱的影响。结果表明叶酸缺乏组出生仔猪体重均低于正常对照组，而对仔猪体长体高无显著影响；叶酸缺乏组仔猪肌纤维密度降低，LD中甘油三酯含量更高。基因芯片检测结果显示叶酸缺乏组与对照组比较，子代有大量差异基因（DEGs)，功能分析表明，孕期母猪叶酸缺乏影响了仔猪LD中几乎所有的生物学过程。另一方面，C2C12细胞株在低血清诱导条件下能够分化为多核的肌管，是体外研究成肌细胞增殖和分化的首选模型。我们以C2C12为模型，分别研究叶酸对成肌细胞增殖及分化的影响并探讨其可能的机制。我们首先研究叶酸对C2C12增殖及分化的影响，结果发现叶酸缺乏能够促进C2C12细胞增殖而抑制其分化，而高浓度叶酸能促进C2C12的增殖及分化。进一步通过亚硫酸盐测序结果表明叶酸可能通过影响基因启动子区CpG位点甲基化情况而影响MyoD和Myogenin的表达。.我们进一步利用MeDIP-chip技术检测了叶酸对C2C12分化过程中全基因组甲基化的影响。结果表明每两组之间启动子区和CpG岛区都存在大量差异甲基化区域（DMRs)。对DMRs所在基因进行功能分析表明N vs L的DMRs主要富集于细胞分化及发育过程，而H vs L的DMRs更多富集于细胞周期及各种细胞代谢过程。对甲基化谱及表达谱关联分析表明，DMRs与DEGs之间存在一些关联基因，也就是说在C2C12分化过程中，不同浓度叶酸对基因启动子区甲基化的影响可能是一些基因差异表达的直接原因；另一方面，我们可以看出两组之间的DMRs并不是DEGs的唯一原因，即在不同浓度叶酸条件下引起的基因差异表达是各种调控综合作用的结果。.总之，本研究结果显示孕期叶酸缺乏能够改变仔猪背最长肌的基因表达从而影响仔猪骨骼肌的形成，并且母猪叶酸缺乏能够影响仔猪的脂肪沉积。另一方面，体外细胞水平研究发现叶酸缺乏与补充能够影响C2C12的增殖及分化，DNA甲基化是叶酸调控骨骼肌形成的重要机制之一。本研究将为肉质改良及叶酸营养研究提供遗传学和表观遗传学研究基础。