日粮硒缺乏致雏鸡胰腺萎缩差异基因表达分析及分子网络构建

Selenium (Se) plays important roles on maintaining the normal function of pancreas, chicken pancreas is the organ which most sensitive to Se-deficient and dietary Se-deficiency could induce pancreatic atrophy, however, the biological mechanism is unclear. Taking broiler as research materials and applying on advanced biology technology to reveal the biological mechanism associated with the pancreatic atrophy induced by dietary Se-deficiency is of great meaningful. In this project corn and soybean produced in severe Se-deficient area of Sichuan will be take as basal diet (Se-deficiency diet) to develop the chicken pancreatic atrophy model and following experiments will be conducted: 1) Compare gene express profiles of whole-genome for pancreas between the chickens fed on Se-deficiency diet(-Se) and normal Se diet (+Se) by adoption microarray technology; 2) Screen and data mined of the differentially expressed genes through different level molecular network reconstruction and find out the target genes associated with the pancreatic atrophy induced by Se-deficiency;3) Compare the 25 selenoprotein gene express profiles for pancreas between the two group chickens (-Se and +Se) by adoption the Real-time RT-PCR technique;4) Prepared polyclone antibodies for some screened target genes and investigate the effect of dietary Se-deficiency on target proteins expression in pancreas; 5) Base on above experiments the roles of these differential expression genes in pancreas will be evaluated and analyzed. China is a Se poor country and the results of the project may provide theory evidence for animal and human's selenium nutrition application. Also the results may contribute to provide target genes for the molecular mechanisms research and prevention of major diseases (such as diabetes mellitus) associated with pancreas.

硒在胰腺正常功能维持方面发挥重要作用，雏鸡胰腺是对硒缺乏最敏感的靶器官，缺硒可致其胰腺萎缩，但生物学机制尚不清楚。以鸡为实验动物，采用现代生物学技术探索缺硒致胰腺萎缩的分子生物学机制，具有重要意义。本项目拟采用四川严重缺硒地区日粮，构建缺硒致雏鸡胰腺萎缩模型并与正常硒胰腺进行比较；采用基因芯片技术比较缺硒对雏鸡胰腺基因表达的影响；通过不同层次分子网络的构建对差异表达基因进行分析，确定在调控中起关键作用的基因；采用实时荧光定量PCR技术研究缺硒对胰腺25个硒蛋白基因表达的影响；对筛选出的部分关键基因，制备抗体进行Western-blot分析，考察雏鸡胰腺中相关蛋白表达变化；在此基础上，综合分析差异基因与胰腺功能维持的关系。我国是一个严重贫硒的大国，研究结果可为人和动物的硒营养应用提供理论参考，同时也可望为当今困扰人类健康的与胰腺相关重大疾病（如糖尿病）发生的分子机理研究和预防提供靶标基因。

本试验旨在探讨日粮硒缺乏对肉鸡基因组织基因表达和胰岛素代谢影响，采用采用四川严重缺硒地区（汉源山区）生长的大豆、玉米为原料，配制基础日粮（Se <0.02mg Se/Kg），试验采用120只一日龄健康科宝肉鸡，随机分成2个处理组（n=60）。分别饲喂缺硒日粮（Se，0 mg/kg）和对照日粮（Se，0.3 mg/kg），试验期5周，收集胰腺、肝脏和肌肉组织。采用基因芯片技术对分析缺硒对胰腺全基因表达的影响，采用生物信息学技术对在缺硒致胰腺萎缩中起关键作用的基因进行分析签定；采用定量PCR技术分析23个硒蛋白和17个胰岛素信号相关基因在三个重要器官中的表达，同时对血液和三个组织相关生化指标和酶活指标进行分析。结果显示：1）日粮硒缺乏诱导肉鸡出现了典型的营养性胰腺萎缩，抑制了肉鸡生产性能，降低了血浆和三个组织器官（胰腺、肝脏和肌肉）中SOD、T-AOC 和GSH-Px活性；2）基因芯片结果显示硒缺乏导致2466个基因发生差异表达，其中表达上调的有1722个，表达下调的有744个；显著性pathway网络分析显示MAPK信号通路以及细胞凋亡的I在整个信号通路中起重要作用；调控网络分析显示NFKB1也就是NF-kappa-B转录因子在整个网络图的Betweenness值均较高，揭示其在生物过程中起到重要的信号传导中介及调控作用；3）基因定量分析结果显示日粮硒缺乏显著下调了胰腺、肌肉和肝脏中18，14和9个硒蛋白基因表达，只有 Txnrd1 and Selx 在肝脏中上调表达；与此同时，6, 13 and 5 胰岛素信号相关基因在上述三个组织中下调表达；伴随这这些基因差异表达，肉鸡出现低胰岛素血症和低血脂症（低甘油三酯和胆固醇）和高葡萄糖血症和高炎性因子血症。上述研究结果表明，日粮硒缺乏导致肉鸡胰腺萎缩，影响肉鸡胰岛素代谢相关组织中硒蛋白基因与胰岛素信号相关基因的表达，导致肉鸡血脂代谢异常，出现低胰岛素血症和高葡萄糖血症，这预示着受影响的硒蛋白基因在维持胰岛素合成和正常代谢中发挥着重要作用。