奶牛乳脂性状关键基因及其ceRNA调控机制研究

Identification of major genes affecting milk production traits and their regulatory mechanisms is particularly important for accelerating genetic progress in dairy cattle. In the previous study, we used RNA-Seq and small RNA-Seq to obtain liver transcriptome of dairy cattles in different lactation stages, and identified the differentially expressed mRNA, lncRNA, and miRNA across the three lactation periods. We have built ceRNA regulatory networks via miRNA to reveal the regulatory mechanisms for milk production traits in liver of dairy cattle, and the critical genes of ceRNA network in milk fat synthesis have be enriched by biological functional analysis. In this study, we will validate the interactions among RNAs in ceRNA regulatory network at cell level to confirm its regulation using dual-luciferase reporter system, overexpression or interference of RNAs, and RNA binding protein immunoprecipitation. Furthermore, we will detect the influence of ceRNA on the expression of critical genes in milk fat synthesis to reveal the regulatory mechanism of ceRNA in dairy cattle liver.

鉴定影响产奶性状的主效基因及其调控机制对实施分子育种以加快遗传进展尤为重要。申请人所在团队前期利用RNA-Seq和small RNA-Seq技术检测了奶牛不同泌乳阶段肝脏组织差异表达的mRNA、lncRNA和miRNA，构建了以miRNA为中心的ceRNA调控网络，并通过功能富集分析发现了12个与乳脂性状相关的关键候选基因。本研究旨在进一步利用双荧光素酶报告系统、过表达、RNA干扰和RNA结合蛋白免疫沉淀等功能基因组学技术在细胞水平上确定ceRNA网络中miRNA、lncRNA和mRNA之间的相互作用，并检测其对乳脂合成相关基因的作用，以揭示ceRNA在奶牛肝脏组织中对乳脂性状形成的调控机制。

乳脂是牛奶的重要成分，也是衡量牛奶质量高低的主要指标之一。对于育种工作者来说，鉴定影响乳脂性状的主效基因及其调控机制对于奶业发展和人类健康有着至关重要的意义。我国自2012年开始在全国范围内实施荷斯坦公牛的基因组遗传评估，大大提高了奶牛育种的效率。研究发现，在基因组选择SNP标记数据中加入目标性状遗传效应较大的功能基因信息可提高基因组育种值预测的准确性。申请人所在团队前期利用转录组测序技术在奶牛不同泌乳阶段肝脏组织中发现了12个与乳脂性状相关的关键候选基因及其ceRNA调控网络。本研究旨在深入验证候选基因及其调控因子对乳脂性状形成的调控机制。通过遗传效应分析发现COL6A1和LPIN1基因均与产奶性状显著相关；进一步利用细胞水平的功能验证试验发现COL6A1可能通过PI3K-Akt、AMPK和PPAR等信号通路促进细胞周期、增殖和乳脂合成；LPIN1及其调控因子bta-miR-345-3p可能调控细胞的增殖和乳脂的合成与分泌。本研究验证的乳脂性状关键候选基因多态标记可用于奶牛基因组选择芯片开发，为奶牛分子育种提供了重要的理论依据。也发现了乳脂性状形成的重要调控因子的作用机制。