生肌调控因子MyoD和MEF2A特异性的相互作用和调控机制研究

As the crucial genes in the regulation network of muscle development, the MRFs and MEF2 gene family could interact directly by protein and regulate transcription with each other. However, the MRFs genes of MyoD could interact and regulate peculiar with which members of MEF2 genes (MEF2A、MEF2C or MEF2D) are remain unclear. The similar expression patterns between MyoD and MEF2A in porcine skeletal muscle development were found in our preliminary study, which is significant for the regulation of developmental differences between different skeletal muscle types. To uncover the mechanism underlying the similar expression pattern between MyoD and MEF2A, we investigate the peculiar regulation relationship between MyoD and MEF2A. In addition, we will study the specific direct interaction within them, and analyze the mechanism underlying myogenesis gene regulation under the coordinated regulation between MyoD and MEF2A. This study contributes to elucidating the mechanism underlying the muscle development regulation by MEF2 and MRFs gene family, the functional and regulation differences between members of the two gene family and the practical application of animal genetics and breeding.

MRFs通过与MEF2基因家族之间的相互作用调控肌肉发育。然而，MRFs 家族基因MyoD与MEF2 家族四个成员之间的互作和调控关系是否存在差异目前还不清楚。本人前期研究发现MyoD与MEF2A在猪骨骼肌发育过程中具有相似表达模式，并对调控不同骨骼肌类型的发育差异具有重要意义。为阐明MyoD与MEF2A相似表达模式的形成机制及其互作在骨骼肌发育调控中的作用，本项目首先研究MyoD与MEF2A之间互相调控的特异性，揭示其相似表达模式的形成机制。其次，研究MyoD与MEF2A之间蛋白质互作的特异性及其在肌肉发育调控网络中的作用，解析MyoD与MEF2A协同调控细胞发生成肌分化和激活骨骼肌发育下游基因的机制，揭示MyoD与MEF2A的互作对MyoD成肌调控网络的重要意义。本项目对研究MRFs与MEF2家族成员之间的功能差异、协同调控肌肉发育的机制以及动物遗传育种的实际应用等方面具有重要意义。

生肌调节因子家族（MRFs）在调控肌肉发育的网络中发挥关键作用，其成员之间的功能既存在部分冗余又具有明显的分工和不同。然而，其功能分歧的进化机制依然有待于进一步研究。本研究对脊椎动物MRFs基因的同源序列进行进化分析，结果表明在进化过程中生肌分化因子（MyoG和 Myf6）受到的正选择压力要远远大于生肌决定因子（Myf5和 MyoD) ，这导致在进化过程中生肌决定因子（Myf5和 MyoD) 保留了祖先基因的功能，而生肌分化因子（MyoG和 Myf6）获得了新的功能。另外在MyoG 和 MyoD的进化过程中鉴定到大量的正选择位点，然后Myf6 和 Myf5却受到强烈纯化选择，说明生肌决定因子Myf5和 MyoD之间的功能分歧以及生肌分化因子MyoG和 Myf6之间的功能分歧同样受正选择压力。分析正选择位点的蛋白质二级结构以及三维结构定位，发现大多数正选择氨基酸位点位于转录调控区域并位于蛋白质的表面，说明正选择压力可能通过影响基因的转录调控活性而改变了基因的功能。此外，家猪是由野猪经过人工选择驯化而来，家猪在世界各地的驯化过程中，形成大量的品种，如瘦肉型猪和脂肪型猪。为了对生肌调控因子MRFs的肌肉转录调控网络在人工选择压力下的进化进行研究，本研究以长白猪和蓝塘猪的20个转录谱测序数据为材料，采用WGCNA方法分别构建了瘦肉型猪和脂肪型猪出生前后的肌肉发育调控基因共表达网络，对共表达基因调控网络进行对比分析， 鉴定出了与肌肉表型差异密切相关的基因共表达网络modules，分析表明这些modules大多数是与肌肉发育有着密切的关系，从这些modules中我们鉴定到大量与肌肉发育或者肉质性状密切相关的hub genes，这些基因可能与肌肉表型在品种间的差异密切相关。以48个猪的基因组重测序数据为材料，我们对这些hub genes的进化选择压力进行了分析，结果发现大多数基因受到强烈的纯化选择的影响，说明在人工驯化的过程中，人工选择压力并没有改变基因的编码序列，而是对基因的调控网络产生了重要影响，并最终导致了肌肉表型的变异。