基于多组学联合分析的山羊绒毛生长启动机制研究

In recent years，with the rapid development of genomic data and gene control technology, people have a new understanding of the .development mechanism of and new varieties cultivation. But for complex traits, there are still no effective analysis methods to determine the key gene affecting the characters.Especially,for the quantitative characters controlled by micro-effect polygene,it is difficult to find the key gene. Therefore, inaccurate regulation or human disturbance leads to make no obvious change or no change phenotype.firstly,in this research, we use cashmere starting of cycle development as a model to preliminarily unearth the method of initiating cashmere growth by conjoint analysis of transcriptomics, microRNAomics and proteomics. Secondly, construct the regulatory networks to find the key gene in the regulatory networks through the key point analysis, and preliminarily illustrate the startup mechanism of cashmere in conversion cycle through the analysis of three dimensional structure of protein, a number of experiments, the expression of position and interaction research.The results will provide a theoretical basis for artificial regulation of cashmere startup, cycle transition and new varieties cultivation.

近年来，基因组大数据以及基因控制技术的飞跃发展，使得人们对性状发育的机理和新品种培育有了全新的认识。但对于复杂性状，目前仍缺乏有效的分析方法确定性状形成的关键基因。尤其是微效多基因的数量性状，很难确定关键基因，导致不精确调控或人为干扰下，性状表型变化不明显或无变化。本研究首先通过转录组学、microRNA组学、蛋白质组学联合分析的方法，以周期发育中绒毛启动为模型，发掘绒毛启动这一复杂性状基因规模化方法；之后，构建调控网络，通过关键节点分析，找到微效多基因调控网络中的关键基因，并通过其蛋白三维结构的分析及免疫组化、荧光定量、双荧光素酶报告基因检测等多项实验验证、表达定位以及互作研究，阐明绒毛周期转换中绒毛启动的机制，为人工调控绒毛启动和周期转换提供理论依据，为新品种培育提供必要的理论基础。

绒毛生长是一个复杂的调控系统，涉及多基因表达、多信号通路。利用只能体现一个层面变化的单一组学数据筛选绒毛性状表型变化的靶点方面具有很大的局限性，整合多种组学数据，通过群体聚类分析和调控网络构建找到关键基因和蛋白，阐明调控机制，是未来利用现代育种技术产生超级绒山羊新品系，保护绒山羊优质资源的重要研究工作。本项目选取阿尔巴斯白绒山羊为材料，采集其绒毛生长期、退行期和休止期三个阶段的皮肤进行蛋白质组测序，根据蛋白质时序表达，筛选差异蛋白。通过对差异蛋白GO富集、KEEG和蛋白互作分析，构建了不同绒毛发育时期特征性肽指纹图谱和山羊绒蛋白参考数据库。以蛋白质组学数据为契机，结合已有的转录组学、microRNA 组学研究的数据进行数据整合分析，构建了绒毛生长的调控网络，筛选出关键蛋白10个，microRNA 4个。激活或参与的重要信号通路为PI3K-Akt信号通路、TGF-β信号通路、NFKB1信号通路、甲状腺信号通路及葡萄糖代谢。利用qRT-PCR、westernblot、免疫组化、酵母双杂和单杂技术及SWISS-MODEL蛋白三维结构建模程序分别对蛋白的表达量、组织表达部位、互作蛋白及蛋白结构和功能进行研究，qRT-PCR结果表明，vimentin、COL1A1、VDR、FKBP10等基因均于生长期高表达，退行期到休止期表达呈递减趋势；microRNA的表达与基因的表达呈相反趋势，microRNA通过对靶基因的负向调控促进绒山羊绒毛的启动和生长。Westernblot结果与qRT-PCR结果一致。免疫组化显示COL1A1、VDR、FKBP10、ALB、vimentin在不同月份的毛囊中均表达，在生长期强表达于次级毛囊外根鞘。酵母双杂交结果确定vimentin与ACTB通过互做促进绒毛生长。本项目的研究结果为阐明绒毛周期转换中绒毛生长启动的机制和新品种培育提供理论基础。