线粒体相关信号通路基因在不同猪种骨骼肌发育差异调控网络中的作用机制

In eukaryotes, the mitochondria are the most critical organelle in cytoplasm which regulates the cell energy metabolism and cell growth. It has significant influence on muscle development. In our previous research, some mitochondria regulation pathway related genes have close link with skeletal muscle growth and metabolism in different body shape pigs. However, the mechanism of action is not clear. This study is based on the high controllable expression transgenic technique in our research group, the Large White pig, Jiangquhai pig and Bama minipig at different growth stages will be chosen as samples, some high-throughput assays will be used for detection the differential gene in mitochondria at the protein and mRNA levels from muscle tissue. The selected genes were analysis analyzed at group level.The gene controllable overexpression vectors will be constructed and detected the gene function at cell levels. The gene expression controllable transgenic mice will be prepared, the related gene specific expressed in mice skeletal muscle from different develop period, study the physiological and biochemical changes in the mitochondria, further study on checking the skeletal muscle growth and metabolism. This study will be helpful to reveal the gene regulatory network of mitochondria in pig skeletal muscle development; it also will provide a theoretical basis for the improvement of pig production traits and reveal the relationship with mitochondria on related muscle development disease.

线粒体是真核生物细胞质内的最关键的调控能量代谢及细胞生长的细胞器，其对骨骼肌发育有重要影响。本课题组前期研究中发现线粒体调控通路相关基因和不同体型猪肌肉生长代谢密切关联，但其作用机制不清楚。本项目拟借助课题组已建立的高效可控表达转基因技术，以不同发育阶段大白猪、姜曲海猪和巴马猪为样本，利用高通量检测方法从猪骨骼肌组织蛋白、总线粒体蛋白和RNA水平进行筛选线粒体相关信号通路差异基因；候选基因进行群体水平关联分析研究。通过构建候选基因的可控表达载体在细胞水平进行验证，制备可控表达转基因小鼠模型，研究相应基因在不同发育阶段转基因小鼠骨骼肌中特异性表达变化后，对骨骼肌中线粒体生物学功能产生的变化，进而研究其对骨骼肌发育的影响。本研究的开展有望解析线粒体相关信号通路基因在骨骼肌发育差异调控网络中的地位和作用，为家猪生产性状改良提供理论依据，也有助于了解线粒体和相关肌肉疾病间的关系。

不同猪种骨骼肌发育差异的机制是猪育种工作重点研究内容，不同类型的猪在产肉性能方面差异极为明显，中国大多数地方猪无论是生长速度还是瘦弱率都明显低于西方商品猪，特别是部分小型猪品种，它们的生长迟缓，产肉率低。线粒体是真核生物细胞质内的最关键的调控能量代谢及调控细胞生长的细胞器，其对骨骼肌发育有重要影响。本项目拟从影响线粒体功能的基因入手，研究不同猪种间骨骼肌发育差异的机制。本项目首先通过采集不同猪种骨骼肌组织，分离骨骼肌卫星细胞，通过iTraq和REA-seq高通量从不同猪种骨骼肌组织及细胞中筛选一批包括和线粒体功能相关的差异基因并在不同猪种中进行了验证。首先检测了STC-1及PFKM基因对细胞代谢及线粒体功能的影响，证明了猪PFKM基因敲除在一定程度上可增强细胞抗凋亡能力，提高细胞的能量代谢效率，但对线粒体的结构及功能有一定的损伤；猪PFKM基因表达升高降低细胞抗凋亡能力和细胞能量代谢效率，线粒体的结构及功能也受到一定的损伤。首次发现STC-1基因可以抑制血清饥饿导致的细胞自噬；开展了猪PLIN1基因对猪骨骼肌卫星细胞代谢及分化能力的影响，证明了猪骨骼肌卫星细胞中PLIN1基因的稳定表达对维持细胞代谢和线粒体正常功能非常重要，在PLIN1基因敲低及过表达后均可以在一定程度上增强细胞的抗凋亡能力，并加快细胞的代谢，但是以损害线粒体结构、减少线粒体数量并影响线粒体功能为代价。进一步研究也发现细胞中PLIN1基因正常表达，相比PLIN1基因过表达或者敲低后，其成肌、成脂分化能力均显著下降；构建了骨骼肌组织中PLIN1特异性敲除的基因编辑小鼠模型，研究首次发现骨骼肌组织中PLIN1基因缺失直接抑制对肌肉组织中骨骼肌纤维及脂肪的生成。本项目的开展从影响线粒体功能的角度挖掘了影响肌肉发育的关键基因，为家猪生产性状改良提供理论依据，也有助于后续了解线粒体机能和相关肌肉疾病间的关系。