家猪骨骼肌lncRNA的完整图谱构建、分类及其在驯化过程中的变化

Long non-coding RNAs (lncRNAs) are a diverse class of RNAs that engage in numerous biological processes across every branch of life. However, the identification of lncRNAs and their further functional roles in pig skeletal muscle have not yet been clarified. To address this need, we proposed to generate the atlas of lncRNAs for pig skeletal muscle using ribosomal RNA depletion following RNA-seq, combined with single-molecule long-read sequencing technology from Pacific Biosciences, which can greatly improve the transcripts assembly and isoform identification. Then, we aim to identify lncRNAs that were skeletal muscle specific. With further compared to wild boar, we could identify lncRNAs that exhibit disparity between wild boar and domesticated pigs, which may play important roles in facilitating muscle development. Furthermore, muscular contracting speed that can be reflected by percent of different muscle fiber types can determine exercise capacity of animals. Therefore, comparing the expression of lncRNAs in different muscle type between domesticated pigs and wild boar, with selection analysis using public re-sequencing data, could further elucidate the possible role of lncRNAs during long-term artificial selection process. Our research will shed new light on deep understanding of epigenetic variation underlying pig economic traits, and provide valuable reference data for pig economic trait improvement by molecular breeding approaches. This project is also novel in utilizing the domestication of wild boar as “special evolution model under artificial selection” to reveal the role of lncRNAs in animal exercise capacity evolution.

长链非编码RNA被认为是一类广泛存在且极其重要的调控分子，然而至今，猪骨骼肌相关的lncRNA仍然缺乏系统且全面的鉴定和功能挖掘。本课题拟通过对家猪骨骼肌进行精细的剖分，采用去Ribosomal RNA建库测序方式，结合PacBio单分子测序技术，构建完整的猪骨骼肌lncRNA“地图集”。初步鉴定出猪骨骼肌特异表达的lncRNA，进一步通过家猪与野猪之间的比较，解析在长期驯化过程中，与家猪重要经济性状密切相关的lncRNA。另一方面，肌肉的氧化收缩类型直接决定了动物的运动能力，进而通过比较躯体不同部位肌肉的氧化收缩类型在家猪与野猪间的差异，结合基因受选择分析，深入挖掘lncRNA在家猪的长期人工驯化过程中所扮演的角色。本课题的相关成果将为深刻理解猪经济性状的分子调控网络提供新思路、视野和宝贵参考数据。此外，这种“人工选择下的野猪进化模型”也将揭示lncRNA在动物在漫长进化中的潜在作用。

肌肉生长作为猪肉质性状的决定性生理指标，其分子调控机制一直被视为猪分子育种改良的基石和突破口。长链非编码RNA (LncRNA) 作为重要的调控因子，在肌细胞的分化和肌肉生长过程中扮演者重要角色。本课题以挖掘猪骨骼肌重要调控性LncRNA，并明确其对肌肉生长的重要调控作用为主旨，开展了探索性研究。在构建完整的猪骨骼肌lncRNA“地图集”基础上，解析了不同部位骨骼肌的基因表达与调控模式异同，发现lncRNA在骨骼肌间的差异大于蛋白编码基因，表明其可能在决定骨骼肌特性中的重要角色。进一步解析了不同骨骼肌在发育起源（HOX基因）、神经肌肉联合（NMJ基因）、分泌功能（Myokines基因）上的差异：HOX基因的表达模式显示47种骨骼肌呈现出典型的基于解剖学位置的分布模式；神经肌肉接头相关基因在骨骼肌中的表达呈现出广谱性；Myokines基因（例如血管内皮生长因子）在不同骨骼肌中均呈现出较高表达，无明显差异。特别是，解析骨骼肌的收缩特性发现，大多数猪骨骼肌（47种中的45种）主要由氧化型纤维组成(MYH7和MYH2）,仅有少量酵解型肌纤维(MYH4)，躯干部和后肢肌肉相比于头部和前肢肌肉具有相对更丰富的酵解型肌纤维比例。此外，不同类型纤维组成比例是建立骨骼肌间基因表达调控差异的重要因素，典型的是，比目鱼肌(氧化型骨骼肌)展现出较高的MYH7和较低的MYH4比例，与之相反，趾外侧伸肌和腓肠肌(酵解型骨骼肌)，表现出更高的MYH4比例，这两类骨骼肌存在大量的差异基因。最后，通过共表达分析，鉴定了大量参与肌纤维类型决定的关键基因和调控lncRNA，如PROX1, TNNT1, MYL2。在此基础上，对筛选的部分重要功能基因（PLA2G16 AS），在细胞水平进行功能验证，探讨了lncRNA在肌肉分化和生长中的重要作用。.课题执行期间发表标注SCI期刊论文7篇，中文核心期刊4篇，获国家实用新型专利2项，较圆满完成了计划研究任务。