本文摘要：摘 要：轉(zhuǎn)錄組 (Transcriptome) 是指特定細(xì)胞或組織中的全部轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 , 包括信使 RNA、核糖體 RNA、轉(zhuǎn)運 RNA 以 及非編碼 RNA。轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)的快速發(fā)展，為轉(zhuǎn)錄組的研究提供了可靠的平臺。轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)能夠全面分析某 一組織或細(xì)胞在不同物種、品種、發(fā)
摘 要：轉(zhuǎn)錄組 (Transcriptome) 是指特定細(xì)胞或組織中的全部轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 , 包括信使 RNA、核糖體 RNA、轉(zhuǎn)運 RNA 以 及非編碼 RNA。轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)的快速發(fā)展，為轉(zhuǎn)錄組的研究提供了可靠的平臺。轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)能夠全面分析某 一組織或細(xì)胞在不同物種、品種、發(fā)育階段以及不同的處理條件下，全部轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的類別、結(jié)構(gòu)以及表達(dá)水平的變化， 揭示特定生物學(xué)過程的分子調(diào)控機(jī)制。近年來，研究人員廣泛利用該技術(shù)篩選豬優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性狀的基因，為功能基因的 鑒定研究提供重要信息。文章綜述了在不同試驗設(shè)計下，基于轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)比較不同表型、不同處理條件、不同時 期及不同組織間的轉(zhuǎn)錄組，篩選差異表達(dá)基因的研究，以期為今后豬育種的研究提供有用的信息。
關(guān)鍵詞：豬;轉(zhuǎn)錄組;高通量測序;試驗設(shè)計
轉(zhuǎn)錄組廣義上是指在某一生 理或試驗條件下，由單個細(xì)胞、 組織或個體等所產(chǎn)生的所有轉(zhuǎn)錄產(chǎn) 物的集合，包括mRNA、rRNA、 tRNA及非編碼RNA;狹義上是指 所有mRNA的集合。在一般情況 下，如果不特別強(qiáng)調(diào)，轉(zhuǎn)錄組就是 指mRNA。轉(zhuǎn)錄組代表了樣本(細(xì)胞、組織等)整體的基因表達(dá)水 平，因此也被稱為“表達(dá)譜”，通 常采用基因表達(dá)譜芯片和RNA-seq 技術(shù)來研究。
隨著測序技術(shù)的發(fā) 展，測序所需的時間和成本大大降 低，其在畜牧行業(yè)得到了大量應(yīng)用 及研究，在豬上也不例外�？蒲泄� 作者根據(jù)自己的研究目的，針對不同表型、不同處理條件、不同時期 及不同組織間的差異，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組 測序，進(jìn)而篩選差異表達(dá)基因，進(jìn) 行功能基因組的研究。
1 不同表型
針對極端表型個體的關(guān)鍵器 官或組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，是挖掘 影響此表型關(guān)鍵基因的重要方法之 一。脂肪沉積在養(yǎng)豬生產(chǎn)中發(fā)揮著 重要作用，研究者針對不同脂肪沉 積能力的豬做了研究。Chen等針對 具有極端生長表型的豬的腹脂、肝 臟和背最長肌進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序， 分別發(fā)現(xiàn)2 796、1 551和835個差異表達(dá)基因，并認(rèn)為胰島素樣生長因 子2(IGF2)、細(xì)胞色素P450家族 成員1A1(CYP1A1)、肌肌酸激 酶(CKM)和羧酸酯酶1(CES1) 等基因在脂肪發(fā)育過程中發(fā)揮了重 大的作用[1]。
Xing等檢測了具有極 端背膘厚度的松遼黑豬的脂肪組織 和肝臟組織的轉(zhuǎn)錄組，分別檢測出 188和92個差異表達(dá)基因，通過功 能分析發(fā)現(xiàn)脂肪組織是影響脂肪沉 積的主要器官，脂肪酸的從頭合成 通路是影響脂肪沉積的主要原因， 并在長白豬上有了相同的發(fā)現(xiàn)[2]。 Zambonell等檢測了具有極端背膘 厚度的意大利長白豬的背膘組織， 發(fā)現(xiàn)了86個差異表達(dá)基因，主要 參與了炎癥反應(yīng)等過程[3]。
Lim等 比較了極端高低組(n=3)肌內(nèi)脂 肪含量的巴克夏豬的背最長肌肌 肉組織，檢測到134個差異表達(dá)基 因，主要參與了脂肪酸的從頭合成 和肌肉再生等過程[4]。公豬膻味是 一個影響肉質(zhì)的不良性狀，主要 是由于雄烯酮和糞臭素在脂肪中 的積累而導(dǎo)致的。
Gunawan等檢測 了具有極端差異背膘雄烯酮含量 的豬肝臟和睪丸的轉(zhuǎn)錄組，分別 發(fā)現(xiàn)了448和46個差異表達(dá)基因， 其中免疫應(yīng)答基因6(IRG6)、抗 病基因1(MX1)、干擾素誘導(dǎo)基 因2(IFIT2)、細(xì)胞色素P450家 族成員7A1(CYP7A1)、含黃素 單氧化酶5(FMO5)和角蛋白18 (KRT18)可能是影響公豬膻味的 候選基因[5]。生長速度和剩余采食 量是豬重要的經(jīng)濟(jì)性狀，并且互相 影響。Jing等比較了具有極端剩余 采食量的長白公豬(10頭)，檢測 出99個差異表達(dá)基因，其中脂肪 酸結(jié)合蛋白3(FABP3)、鈣調(diào)磷 酸酶調(diào)節(jié)蛋白(RCAN)、過氧化 物酶體增殖物激活受體γ輔激活 因子1A(PGC-1A)、己糖激酶2 (HK2)、AMP激活的蛋白激酶 r-2調(diào)節(jié)亞單位(PRKAG2)等基因 參與了能量代謝和脂肪酸的跨膜運 輸[6]。
Liu等比較了35日齡左右的高低組剩余采食量的仔豬(n=15)， 鑒定出1 972個差異表達(dá)基因，這些 基因參與了小分子生物物質(zhì)的合成 等生物學(xué)過程[7]。 豬肉品質(zhì)是影響消費者選擇 豬肉的重要因素。Li等比較了不同 滴水損失的背最長肌的轉(zhuǎn)錄組， 鑒定出150個差異表達(dá)基因，其中 三合蛋白(TRDN)和肌肉生長抑 制素(MSTN)可能是滴水損失的 主要候選基因[8]。Gi等檢測了不同 產(chǎn)仔數(shù)母豬的胎盤組織，發(fā)現(xiàn)了 588個差異表達(dá)基因，其中白介素 -6(IL-6)和內(nèi)皮脂肪酶(LIPG) 在胚胎發(fā)育營養(yǎng)供給上發(fā)揮著重要 的作用[9]。
Zhang等比較了不同產(chǎn) 仔數(shù)母豬的卵巢轉(zhuǎn)錄組，檢測出 1 243個差異表達(dá)基因，其中部分 基因參與了類固醇生物合成和卵巢 類固醇生成[10]。Zhao等比較了具有 極端飼料轉(zhuǎn)化率的豬的轉(zhuǎn)錄組，發(fā) 現(xiàn)232個差異表達(dá)基因，其中部分 關(guān)鍵基因參與了維生素A代謝、脂 肪酸代謝和膽固醇類激素代謝等通 路，并認(rèn)為維生素A在豬肝臟中的 代謝，對于調(diào)控豬飼料效率具有重 要作用[11]。
2 不同品種
在豬長時間的選擇和進(jìn)化過程 中，不同品種在生理特點上產(chǎn)生了 很大的差異。通過比較不同品種間 的轉(zhuǎn)錄組，得到差異表達(dá)基因，為 揭示豬生理特點的分子功能解析提 供了基礎(chǔ)。不同豬品種間肌肉的發(fā) 育形態(tài)、肉質(zhì)品質(zhì)、肌內(nèi)脂肪含量 等方面有較大的差異，科研工作者 針對不同豬種間的差異做了較多的 研究。Li等比較了皖南花豬和大白 豬的背最長肌的轉(zhuǎn)錄組，篩選到的 差異表達(dá)基因部分參與了糖類分解 和脂肪酸的代謝的過程[12]。Sun等 比較了長白豬和藍(lán)塘豬的背最長肌 轉(zhuǎn)錄組，篩選到547差異表達(dá)基因， 主要富集在肌肉生成等過程中[13]。
Yang等對沙子嶺豬和大白豬的背最 長肌組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序，篩選 到488個差異表達(dá)基因，其中部分參與了脂肪酸代謝、肌肉發(fā)育等過 程[14]。Chen等比較了萊蕪豬和大白 豬背最長肌轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)了178個 差異表達(dá)基因，其中部分基因參與 脂肪代謝，可能影響了肌內(nèi)脂肪含 量的沉積[15]。
Hou等比較了瘦肉型 豬—長白豬、脂肪型豬—通城豬和 小型豬—五指山豬的背最長肌轉(zhuǎn)錄 組，發(fā)現(xiàn)部分差異表達(dá)基因參與了 脂肪代謝、肌肉發(fā)育等過程[16]。張東杰等比較了民豬和大白豬的背最 長肌轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)了1 098個差異表 達(dá)基因，其中部分基因富集在過氧 化物酶體增殖物激活受體(PPAR) 信號通路等通路，為研究影響肉質(zhì) 的遺傳因素提供了依據(jù)[17]。楊建敏 等比較了槐豬和杜洛克豬的背最長 肌轉(zhuǎn)錄組，檢測到953個差異表達(dá)基 因，其中部分基因參與了調(diào)節(jié)脂類 代謝的通路[18]。
Ropkamoik等比較了 皮特蘭豬和波蘭長白豬的半膜肌肉 組織，檢測到35個差異表達(dá)基因， 其中部分基因參與了肌肉收縮等過 程[19]。Zhao等比較了通城豬和大白 豬11個發(fā)育時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，篩 選出大量差異表達(dá)基因，為研究肌 肉發(fā)育和肉質(zhì)提供了分子基礎(chǔ)[20]。 Li等比較了二花臉豬和大白豬背最 長肌的轉(zhuǎn)錄組，篩選到808個差異 表達(dá)基因，為解釋種間差異奠定了 基礎(chǔ)[21]。Xing等比較了松遼黑豬和 長白豬背膘組織的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)差 異表達(dá)基因參與了脂肪酸合成、 胰島素抵抗和絲裂原活化蛋白激 酶(MAPK)信號通路等過程[22]。
Codina等比較了大白豬和伊比利亞 豬睪丸組織的轉(zhuǎn)錄組，檢測到大量 差異表達(dá)基因，并顯著地富集在配 子生產(chǎn)和脂類代謝等通路上[23]。Hu 等比較了大蒲蓮豬和長白豬的全血 液轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果，檢測到83個差 異表達(dá)基因，其中部分富集在免疫 應(yīng)答和脂質(zhì)代謝等通路上[24]。
3 不同處理條件
通過全面分析某一組織在不 同處理條件下轉(zhuǎn)錄組表達(dá)水平的 變化，能夠揭示特定生物學(xué)過程的分子調(diào)控機(jī)制。在這方面的研 究中，通過飼喂不同營養(yǎng)水平的日 糧來研究轉(zhuǎn)錄組表達(dá)水平是重要組 成部分。Ogłuszka等比較了飼喂不 同不飽和脂肪酸(ω-6和ω-3)長 白豬的臀肌和肝臟的轉(zhuǎn)錄組，分別 篩選到749個和3 565個差異表達(dá)基 因，其中部分基因富集在調(diào)控脂 肪酸代謝、能量代謝和免疫應(yīng)答 等信號通路上，為脂肪酸在豬生 長和發(fā)育中的作用打下基礎(chǔ)[25, 26]。 wiątkiewicz等比較了飼喂不同脂 肪酸含量日糧的豬肝臟轉(zhuǎn)錄組， 發(fā)現(xiàn)載脂蛋白A4(APOA4)、長 鏈脂酰CoA合成酶5(ACSL5)、 細(xì)胞色素 P450 家族成員 2C49 (CYP2C49)、細(xì)胞色素P450家族 成員2B22(CYP2B22)和谷胱甘肽 S-轉(zhuǎn)移酶ω-1(GSTO1)等基因在 不同處理組中顯著差異表達(dá)，揭示 它們可能存在共調(diào)控作用[27]。
Xia 等比較了飼喂高脂高糖日糧的巴馬 香豬和對照組的肝臟組織轉(zhuǎn)錄組， 篩選到822個差異表達(dá)基因，其中 部分基因參與了免疫應(yīng)答、MAPK 和PPAR等信號通路，為研究高能 量飲食對豬肥胖和脂肪肝的分子機(jī) 制打下基礎(chǔ)[28]。李建平等比較了不 同脂肪來源(紅花籽油和椰子油) 日糧及對照組之間的豬肝臟轉(zhuǎn)錄組 數(shù)據(jù)，篩選到多個差異表達(dá)基因， 為其作為飼料的功能研究奠定了基 礎(chǔ)[29]。Li等比較了二元(長白×大 白)豬和萊蕪豬感染豬圓環(huán)病毒2型 35 d前后的腎臟組織的轉(zhuǎn)錄組，從 萊蕪豬中篩選出169個差異表達(dá)基 因，而在長白豬中發(fā)現(xiàn)205個差異表 達(dá)基因，這些基因主要富集在補(bǔ)體 系統(tǒng)、外源物質(zhì)代謝等通路上[30]。
4 不同時期
豬在不同的發(fā)育時期有著不 同的生物學(xué)特點。通過比較不同時 期豬某些特定組織的轉(zhuǎn)錄組來鑒定 基因的功能是研究重要手段之一。 Song等比較了長白豬未成熟和成 熟的睪丸組織的轉(zhuǎn)錄組，篩選到 10 095個差異表達(dá)基因，其中有242個差異表達(dá)基因參與了生精的過 程，為了解豬的生精過程和性成熟 的分子機(jī)理打下基礎(chǔ)[31]。
Lee等比 較了5 d和180 d豬睪丸組織的轉(zhuǎn)錄 組，篩選到607個差異表達(dá)基因，發(fā) 現(xiàn)基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)、基 質(zhì)金屬蛋白酶1(MMP1)、谷胱甘 肽過氧化酶1(GPX1)、趨化因子 受體1(CCR1)、胰島素樣生長因 子結(jié)合蛋白3(IGFBP3)、白細(xì)胞 分化抗原14(CD14)等基因可作為 豬生精干細(xì)胞的生物標(biāo)記[32]。Jiang 等比較了脂肪細(xì)胞和前脂肪細(xì)胞在 發(fā)育0 d、2 d和4 d時的轉(zhuǎn)錄組，分 別在兩細(xì)胞中篩選到985個和1 469 個差異表達(dá)基因，其中576個基因 是在兩種細(xì)胞中共同差異表達(dá)的， 并認(rèn)為PPAR信號通路在兩種脂肪細(xì) 胞發(fā)育過程中起著重要作用[33]。
Li 等比較了脂肪型榮昌豬不同時期的 脂肪組織的轉(zhuǎn)錄組，篩選到差異表 達(dá)基因4 403個，為研究脂肪組織的 發(fā)育提供了基礎(chǔ)[34]。Shan等比較了 巴馬香豬和藏豬不同發(fā)育時期腦下 垂體的轉(zhuǎn)錄組，檢測到大量差異表 達(dá)基因，其中生長激素(GH)、 催乳素(PRL)、黃體生成素β亞 基(LHB)和促卵泡激素β亞基 (FSHB)等基因可能在發(fā)育過程 中起著重要的作用[35]。Lin等比較 了母豬發(fā)情后12 d、18 d和25 d的 子宮內(nèi)膜組織的轉(zhuǎn)錄組，分別發(fā)現(xiàn) 1 557、8 951和2 345個差異表達(dá)基 因，為研究豬的子宮內(nèi)膜功能打下 基礎(chǔ)[36]。
5 不同組織
不同組織在生物體內(nèi)發(fā)揮著不 同的作用，通過比較其轉(zhuǎn)錄組的差 異，是挖掘基因功能的重要手段。 Wang等比較了豬皮下脂肪組織和 內(nèi)臟脂肪組織的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)差異 表達(dá)基因主要富集在免疫應(yīng)答等通 路，揭示了不同脂肪組織在豬體內(nèi) 發(fā)揮著不同功能[37]。
Mach比較了 不同的豬小腸組織(十二指腸、空 腸)的轉(zhuǎn)錄組，篩選到大量的差異 表達(dá)基因，主要富集在基本的生物學(xué)過程中，為揭示豬腸道的精細(xì)功 能奠定基礎(chǔ)[38]。Li等比較了豬肱二 頭肌和比目魚肌的轉(zhuǎn)錄組，鑒定到 52個差異表達(dá)基因，主要富集在與 肉色性狀相關(guān)的通路上，揭示了部 分調(diào)控肉色的分子機(jī)制[39]。Gan等 比較了榮昌豬的肝臟組織和腦組織 的轉(zhuǎn)錄組，鑒定出大量差異表達(dá)基 因，為更確切地了解豬肝臟和腦的 分子功能打下基礎(chǔ)[40]。
生物學(xué)方向評職知識：基因?qū)W論文發(fā)表哪些sci期刊
6 展望
綜上所述，轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)廣 泛地研究了豬的生長發(fā)育、脂肪代 謝、肌肉生長、繁殖生理、免疫應(yīng) 答等各個生理過程，已經(jīng)成為鑒定 mRNA表達(dá)豐度和鑒定新轉(zhuǎn)錄本的 重要技術(shù)手段。同時結(jié)合如小的非 編碼單鏈RNA(miRNA)組、長鏈 非編碼RNA(lncRNA)組、全基因 甲基化組、全蛋白組等組學(xué)信息， 為鑒定基因的生物學(xué)功能和調(diào)控機(jī) 制提供了新的思路。但是大部分的 轉(zhuǎn)錄組測序研究只是構(gòu)建了差異表 達(dá)基因參與的通路，其分子調(diào)控和 遺傳機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。這也 是未來在轉(zhuǎn)錄組測序基礎(chǔ)上的研究 重點。
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作者：黃全奎1 ，周松峰1 ，邢 凱2 ，白云華3*
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