基于small RNA 测序技术解析鸽分泌鸽乳的分子机制

Pigeon has special biological characteristics. The crop of both male and female could secret nutrient solution as mammalian milk (pigeon milk) to breed squabs. The yield and quality of pigeon milk affect weight and immunity of squabs. So pigeon milk could be an important trait for breeding. The current study focused on regulation mechanism of hormone, and few study on difference in gene expression. miRNA is an important endogenous unencoding small RNAs which control expressions of genes, but the molecular regulating mechanisms are still not clear. Therefore, we use non lactation pigeon in rearing stage and lactation pigeon in lay stage as experience materials both for male and female. The differential expressions of miRNA are detected by small RNA sequencing. Bioinformatics analysis is used to mapping gene network. The effect of overexpression and knockdown of the important genes on growth of crop epithelial cells and milk secretion by crop are studied in cell and adult. based on the phenotypic data of biopsies and serum hormone. Combined the small RNA data with data of biopsies and serum hormone discuss the mechanisms of pigeon milk secretion. Molecular basis for culturing high-quality breeds will be laid.

鸽具有特殊的生物学习性，其嗉囊可以分泌类似于哺乳动物乳汁的营养液（鸽乳）来哺育幼雏，且公鸽和母鸽都可产生。鸽乳是决定乳鸽出栏体重的关键因素，因此，是优质肉鸽品系选育的重要目标性状之一。目前的研究集中于从激素水平解析鸽乳分泌的调控机制，仅少数学者研究了调控鸽乳分泌的基因表达差异，而miRNA是调控基因表达的重要内源性非编码小分子RNA，对于miRNA通过靶向调控目标基因从而调节鸽乳分泌的机理仍不明晰。本项目选择非泌乳期和泌乳期的公鸽和母鸽为试验素材，通过对嗉囊组织的small RNA测序技术获得差异表达的miRNA，利用生物信息学分析绘制鸽乳分泌的基因网络图，在细胞和成体水平过表达和敲减重要节点基因，验证其对嗉囊上皮细胞生长和成体嗉囊组织分泌鸽乳的作用，结合对嗉囊组织切片和血清激素测定的表型数据，系统地阐释鸽乳分泌的调控机制，为选育优良鸽种的分子育种工作提供理论基础。

鸽具有特殊的生物学习性，其嗉囊可以分泌类似于哺乳动物乳汁的营养液（鸽乳）来哺育乳鸽。鸽乳是决定乳鸽出栏体重的关键营养因素，鸽乳分泌能力是优质肉鸽品系选育的重要目标性状之一。本研究以非泌乳期和泌乳期的白羽王鸽嗉囊组织为试验素材，通过对嗉囊组织进行 small RNA 测序，获得差异表达的 miRNA，绘制鸽乳产生的基因网络互作图谱，并在细胞水平对筛选到的关键节点基因开展功能验证，结合嗉囊组织微观形态，系统地阐释雌鸽泌乳调控机制，为选育优良鸽种的分子育种工作提供理论基础。结果表明：（1）泌乳期嗉囊重显著高于非泌乳期组，黏膜肌层和黏膜层显著增殖，复层扁平上皮细胞增殖并发生角质化；（2）泌乳期与非泌乳期共386个miRNA被鉴定到，其中71个miRNA差异表达，对差异表达的 miRNA 的靶基因进行功能富集分析，发现其主要参与细胞增殖、细胞粘附、上皮细胞形态发生、钙信号通路、蛋白质消化吸收、T 细胞分化的正向调控等信号通路；通过构建调控网络，鉴定到 miR-193-5p/PIK3CD 等24 条调控轴；（3）miR-193-5p 可靶向调节PIK3CD的表达而调控鸽嗉囊成纤维细胞的功能，miR-193-5p 的高表达能够靶向抑制 PIK3CD 的表达；且 miR-193-5p 的高表达能够显著促进鸽成纤维细胞的增殖及细胞划痕的修复，而 miR-193-5p 的低表达能够促进该细胞的凋亡进程；干扰PIK3CD 基因后同样能够促进鸽成纤维细胞的增殖。本研究结合表型性状及测序技术分析了非泌乳期和泌乳期嗉囊组织的差异，并验证了miRNA及其靶细胞的作用机制，进一步揭示了鸽乳分泌的调控机制。