牦牛绒毛周期性生长发育的转录调控机制研究

The variety of hairs is an important way for mammals to adapt diverse climates and to be predominant species on Earth since the Cenozoic. To reveal the regulation mechanism in the growth of hair is not only an important biological problem, but also has potential economic value. Yak, with its advanced hair, survived in the cold plateau environment, is an excellent model species for studying hair follicle development. Using yak as the research object, we will carry out full-length transcriptome sequencing to refine the genome annotation and systematically study the regulation mechanisms during different stages of hair combining phenotype and hormone level determination and time-series transcriptome sequencing. We aim to construct the regulation network and identify core genes in the process of hair development. These results will deepen the understanding of animal hair development process, and provide a new perspective on how yak adapt to the plateau environment.

哺乳动物毛发的多样性是其适应地球复杂气候环境且成为新生代以来地球优势物种的重要手段之一。解析毛发生长过程中的调控机制，不仅是重要的生物学问题，也有潜在的应用前景。牦牛生存在寒冷的高原环境中，具有被毛发达和随季节变化的特点，是研究动物毛发发育的极佳模式物种。本项目拟以牦牛为研究对象，进行全长转录组测序，对我们前期获得的高质量基因组序列进行精细注释；对牦牛绒毛(绒与毛)生长的不同阶段进行表型和激素测定；结合时间序列转录组数据，系统挖掘牦牛绒毛发育过程中的转录调控机制，构建基因表达调控网络，鉴定发育的核心基因。本项目的完成，能够系统揭示牦牛绒毛发育的转录调控机制，并从新的视角阐述牦牛适应高原极端环境的机制。

牦牛（Bos grunniens）是能够在青藏高原高寒区繁衍的大型反刍家畜，对维系整个青藏高原生态系统稳定和社会发展至关重要。牦牛独特的混合型被毛结构和随季节变化的毛囊发育机制有助于耐寒怕热的牦牛适应高海拔高寒环境，但对其随季节变化的转录动态调控机制仍然未知。本研究基于时间序列的牦牛皮肤毛囊的转录组数据和血液激素的生理数据，通过鉴定毛囊不同发育周期的差异表达基因（DEGs）和测定激素含量随季节的变化趋势，解析毛囊发育随季节变化的转录调控机制和关键调控基因，并探究激素对毛囊周期的调控作用。.我们采集了牦牛毛囊发育周期五个发育时间点共计15个毛囊组织样本，并进行了转录组测序，共获得110GB的原始数据。通过聚类分析，我们发现五个发育时间点可以显著分为三个发育时期，分别代表生长期、退行期和休止期。这三个连续的发育时期共鉴定出2,316个DEGs，它们的表达模式可分为9类。对这些差异表达基因进行GO功能和KEGG通路富集分析，发现这三个发育时期具有不同的功能。这些结果有助于我们了解牦牛毛囊不同发育时期独特的功能特征。.由于毛囊发育主要受激素调控，我们测定了每个时期血清中与毛囊发育相关的八种激素的含量。发现催乳素、睾酮、雌二醇、促甲状腺激素、生长激素、褪黑激素这六种激素的含量随着毛囊不同发育时期呈现明显的周期性变化。在此基础上，通过共表达网络分析探索了激素与DEGs之间的生物学相关性，鉴定出与睾酮激素高度相关的调控模块和3个枢纽基因(SLF2，BOP1和DPP8)，推测与响应睾酮有关并参与调控毛囊周期。.本研究中通过大规模采样和转录组测序，系统解析了牦牛毛囊发育随季节性变化的转录调控机制，鉴定出大量参与毛囊发育和调控的关键基因和通路，并揭示了激素调控毛囊发育周期的机制。本研究不但为今后深入研究牦牛毛囊发育提供了重要的遗传资源，还有助于进一步理解牦牛的高寒适应机制，并为未来开发利用牦牛毛发资源提供了重要参考。