基于转录组学的巴什拜羊及其与盘羊杂交后代尾脂性状差异的分子基础

The tail fat trait is an important breed characteristic of sheep, however, to date, the genetic basis of its tail fat deposition and character formation is still poorly understood. Bashibai sheep belong to typical fat tail sheep breeds which has hypertrophic fat tail. Previous studies showed that the tail fat deposition was reduced significantly in the thin tail new lines of Bashibai sheep populations, which were bred by interspecific crossabilities between wild argali and Bashibai sheep. Investigations on the molecular mechanism of different tail fat trait between two sheep populations will help us to clarify the genetic basis of fat deposition and character formation. Therefore, in this project, above sheep populations will be used to select different expression genes related to fat deposition by constructing transcriptome libraries (RNA-Seq) of tail fat tissue and bioinformatic analysis of fat tail and thin tail sheep, and their sequences will be further researched applying RACE. Function of candidate genes will be investigated through genetic variation analysis, temporal differential expression analysis, overexpression and inhibition of expression (RNAi), Based on above research, key genes and molecular markers, which affected thin tail trait of sheep, and their functions will be further understood. The results will provide theoretical basis to reveal the mechanism of thin tail of sheep and breed low-fat thin-tailed new varieties of sheep, meanwhile, provide theoretical support for protection of the good gene pool and the development and use of wild genes.

尾脂性状是绵羊重要品种特征，但其尾脂沉积与性状形成的遗传基础尚不明晰。新疆巴什拜羊脂臀肥大属于典型的脂尾型绵羊品种；前期研究以野生盘羊和巴什拜羊为亲本进行远缘杂交培育出的瘦尾型巴什拜羊新品系，尾脂沉积显著减少(尾脂体积不足原来的1/4)。研究这两个绵羊群体间尾脂性状差异的分子机理有助于解析尾脂沉积与性状形成的遗传基础。为此，本项目拟以上述绵羊群体为研究对象，通过构建脂尾型与瘦尾型绵羊尾脂组织的转录组文库(RNA-Seq)和深度生物信息学分析，筛选出与尾脂沉积相关的差异表达基因；利用RACE技术克隆候选基因；通过遗传变异分析、时空差异表达分析、超量表达和抑制表达(RNAi)进行候选基因的功能验证；最终获得影响绵羊尾脂形成的关键基因或分子标记并阐释其作用机理。研究结果将为揭示绵羊尾脂形成机制、开展低脂瘦尾型绵羊新品种选育奠定理论基础，同时对优良基因库的保护以及野生基因的开发和利用提供理论支撑。

尾脂性状是绵羊重要的品种特征，但其尾脂沉积与性状形成的遗传基础尚不明晰。目前，有关脂肪研究领域的研究主要集中在脂肪细胞的分化与调控以及利用模式生物为研究模型的肥胖和脂类代谢疾病上。基于此，本研究利用绵羊600K 和50K SNP芯片数据在全基因组水平上检测了野生盘羊与家养绵羊巴氏拜羊群体间基因流渗入信号以及不同家养绵羊之间脂尾性状差异的选择信号。结果表明，野生盘羊和家养绵羊巴氏拜羊群体间有明显的基因渗入现象，并在基因渗入区间扫描到与脂肪发育相关的基因如：ADIPOR1、BMAL2、MFN2、USF1、TSHR；在全基因组水平上发现共享选择信号，筛选到7个与不同尾型重叠的候选功能基因：ERS6、BTG1、T、RYR3、SLC6A4和OGT基因。接着利用qRT-PCR技术检测了部分候选基因在肥尾和瘦尾绵羊羔羊不同生长阶段尾脂组织中的表达变化。结果表明，ADIPOR1基因的表达量变化呈上升-下降趋势，BMAL2在羔羊不同生长阶段尾脂组织中表达变化趋势一致：下降-升高；MFN2基因在不同品种羔羊不同生长阶段尾脂组织表达变化趋势相一致：下降；不同品种绵羊羔羊不同生长阶段尾脂组织USF1表达变化趋势：湖羊（上升-下降）、萨福克羊（上升-下降-上升）；上述4个基因在6月龄尾脂组织中的表达呈极显著的品种间差异（P<0.01）。尾脂组织切片分析发现，脂肪细胞随月龄增加体积不断增加，且成年肥尾绵羊脂肪细胞体积显著大于瘦尾绵羊。遗传变异分析显示，TSHR基因编码区c.1179G 和c.1518G两处位点存在多态性，c.1518G>C位点存在G-C突变，该突变导致密码子AGG变为AGC；c.1179T>G处存在T-G突变，该突变没有导致氨基酸发生改变。c.1518G>C位点中G与C等位基因频率存在显著的品种间差异；c.1179T>G位点G、T等位基因的频率之间存在显著的品种间差异(P<0.05)。过表达USF1基因可降低PPARγ的表达，差异不显著，但不影响PPARα表达。全转录组测序结果显示，共计筛选获得24个差异表达miRNA；差异表达circRNA 123个；差异表达lincRNA 95个。综上所述，本研究通过不同技术手段较为系统的筛选挖掘与绵羊尾脂沉积相关的候选基因，并从转录水平、遗传变异、细胞水平、组织切片方面阐明尾脂沉积的分子基础，这些数据为为绵羊的辅助育种提供一定的理论支撑。