基于基因组及转录组数据揭示貉子冬眠的分子遗传机制

Nyctereutes procyonoides, belong to the familia Canidae, Genus Nyctereutes, is a kind of mammal with hibernating characteristics. However, the molecular mechanism of its hibernation is not clear yet. The rapid development of genome sequencing technology and data analysis method has brought us an opportunity to explore this issue. In order to study the molecular genetic mechanism of raccoon hibernation, we have assembled the reference genome. In this project, based on the principles of evolutionary biology, we will compared the genome with other mammalian genomes, and use the method of comparative genomics to parse rapidly evolving genes, contraction/expansion of gene families, origin of new genes, etc. Also, we can find out the convergent evolution amino acid sites among different hibernation mammals. The transcriptome data of various tissues of raccoon in different temperatures as well as in non-hibernation state and hibernation state will be sequenced, and the differentially expressed genes and gene pathways will be analyzed. Finally, by integrating the genome and transcriptome data, we want to dig out candidate genes and mutations associated with hibernation trait, then analyze its functions in cells and model animals, to research the molecular genetic mechanism of the raccoon hibernation. This project is of great significance for us to understand and study the molecular genetic mechanism of animal hibernation.

貉(Nyctereutes procyonoides)隶属于食肉目犬科貉属，是一种具有冬眠特质的哺乳动物，然而其冬眠的分子机制尚不清楚。基因组测序技术和数据分析方法的飞速发展为我们研究探讨该问题带来了契机。为研究貉冬眠的分子遗传机制，申请人前期已组装完成貉的参考基因组。本项目，我们将基于进化生物学思想，与其他哺乳动物基因组相比较，利用比较基因组学方法解析貉进化支系中发生快速进化的基因、收缩/扩张的基因家族、新起源的基因等，同时寻找出不同冬眠哺乳动物中发生趋同进化的氨基酸位点。测得不同温度饲养条件下，以及非冬眠状态和冬眠状态下貉各种组织的转录组数据，解析差异表达基因及基因通路。最终，整合基因组和转录组数据分析，挖掘貉中与冬眠性状相关的候选基因和变异位点，在细胞和模式动物中解析其功能和表型变化，研究探讨貉冬眠的分子遗传机制。本项目对我们理解和研究探讨动物冬眠的分子遗传机制具有重要启示意义。

冬眠是某些哺乳动物应对恶劣环境（食物匮乏、寒冷等）的一种适应机制，貉是一种具有冬眠特质的哺乳动物，然而其抵御寒冷和冬眠的分子机制尚不清楚。本项目通过对貉以及睡鼠的基因组进行了从头组装和注释，并结合已公布的其他哺乳动物基因组，利用比较基因组学方法，挖掘具有冬眠习性的物种中趋同进化的基因和位点。通过基因组分析和功能实验研究，发现POMT2基因可能是潜在的与冬眠适应相关的基因。结合细胞水平下酶活和蛋白水平的检测，以及针对点突变小鼠进行了不同温度条件下的代谢情况监测、冷热板偏好监测以及细胞生长情况等研究，显示在低温条件下，无论是细胞的生长情况以及突变小鼠的活动情况和温度偏好等，均表现出对低温的适应性和偏好性；转录组不同温度条件之间差异表达基因分析结果显示，两两间具有显著差异表达的基因很少，但在5℃低温条件下饲养后的野生型和突变型小鼠，与炎症反应等免疫相关的一些基因出现了很大的表达差异，暗示机体在抵御寒冷时出现了免疫应答。此外，我们还针对不同饲养温度条件下（夏季和冬季）的貉子多组织转录组数据，解析差异表达基因及通路，结果显示在“oxygen transport”，“heme binding”，“response to cold”，“heat generation”，“diet induced thermogenesis”，“diet induced thermogenesis”等基因通路均出现了显著的富集，推测其与貉抵抗寒冷或冬眠的表型相关。我们的结果对进一步理解和深入研究探讨动物冬眠的分子遗传机制具有重要意义。