蒙古羊抗寒性状相关基因的筛选与功能研究

Mongolian sheep is one of the high-quality livestock in grassland animal species.They form a strong resilience and adaptability in extremely harsh natural environment of the Mongolian Plateau.However,there still lack systemic studies of the genetic mechanism of its cold resistance. This project starts with the muscle cell respiration rate, a physiological indicator that are closely related to the cold resistance of sheep.Dorper sheep is not cold-resistant, while Mongolian sheep are known cold-resistant.Their muscle tissue were used to study transcriptional profiling and proteomic differences based on transcriptome sequencing technology and protein fingerprint analysis, followed by genomics and proteomics research to establish the correlation between transcriptional profiling and cold-resistant features under low temperature stresso.The possible candidate genes related to cold tolerance were isolated. Finally, we will research the molecular genetic basis of the Mongolian sheep cold tolerance using comparative genomics and systemic biology approaches; and will establish Mongolian sheep cold resistant model. The goals of the project are to provide genetic resources for the cultivation of strong cold-resistance of sheep, and to provide a theoretical basis for the development and utilization of grassland and efficient sheep breeding.

蒙古羊是草原家畜品种的优质畜种之一，在蒙古高原极为严酷的自然环境下，形成了较强的抗逆能力及适应性，迄今为止尚缺乏对其抗寒等抗逆性状遗传机制的系统研究。本研究首先从与绵羊抗寒性密切相关的生理指标- - 肌肉细胞呼吸率入手，评价绵羊的抗寒性；其次以蒙古羊基因组学研究为基础，利用转录组测序和蛋白指纹图谱技术揭示低温胁迫下不耐寒的杜泊羊与抗寒的蒙古羊肌肉组织基因转录和表达差异，建立冷胁迫应激基因与抗寒特性之间的关联性，筛选出其中与抗寒性状相关的候选基因；最后通过比较基因组学与系统生物学方法，分析蒙古羊抗寒性状形成的分子遗传学基础，建立起蒙古羊抗寒机理的研究模型。本项目的研究结果将为培育抗逆性强的绵羊新品系提供基因资源，为实现草原优质高效绵羊育种和特色资源的开发利用提供理论基础。

在极端高寒的环境下蒙古羊其适应环境抗寒机制以及遗传机制还是模糊不清的。基底热生产增量和非颤抖性产热（NST）是非冬眠的哺乳动物生存在低温下主要方式。我们提取了蒙古羊以及不耐寒对照品种杜泊羊的肝脏，脂肪以及肌肉三组织器官进行了转录组水平的测序与分析。经过对这三个组织的转录组数据进行分析，我们通过对照参考转录水平基因表达的上调和下调，每个组织都发现了很多可能参与抗寒机制的关键基因，进一步推断出不同组织的抗寒机制。在肌肉组织中，我们发现C5是高表达的，它能使得血管收缩。那么我们推断肌肉组织在抗寒冷时候，血液微循环加速时候，C5的血管收缩作用可以使局部氧气密度加大提供氧气更好的供给，加速呼吸反应供热。我们在肝脏里发现了很多与细胞周期相关的基因。他们的高表达让细胞周期变长，肝脏细胞进入休眠，减少能量损耗用以适应高寒的恶劣环境。在脂肪组织的分析数据中，我们发现了如下几个高表达的特别有意思的基因。Ucp1主要功能是参与褐色脂肪组织的产热调节和能量代谢来维持机体的能量代谢平衡，在蒙古羊中是高表达的。ELOVL7基因的下调抑制细胞中长链脂肪酸的合成，使得细胞中的脂肪酸更好的被氧化分解释放能量。RDH16的上调，加速了维生素A的合成，其抗氧化功能帮助动物机体减少氧化应激。我们知道细胞抗氧化功能降低、引起细胞凋亡增加的主要诱因，进而引发动物的一系列疾病。在高寒的环境下，抗病能力也是适应性体现的重要一环。Tight juction表达的下调，使得通道打开，乳糜颗粒更好的通行利于能量代谢。我们会进一步的将不同组织抗寒机制的关联性以及差异性进行研究。