还有谁？两种不同肌内脂肪含量的牛肝转录组探索

背景

牛肉是人类食物最重要的蛋白质来源之一，但是在不同品种的牛之间，肉质存在显著差异。肌内脂肪含量（IMF）与牛肉感官品质性状呈正相关，比如嫩度、多汁性等。我国津南黄牛和源自瑞士的西门塔尔牛的IMF含量就有着明显的差异，因此他们成为比较基因组学研究的重要材料。在前期的研究中有较强IMF沉积能力特征的牛转录组研究，但是并没有两种不同IMF水平的牛转录组学研究。山西省农业科学院王曦老师课题组通过RNA-Seq方法对西门塔尔牛和津南牛的肝脏转录组进行了测序，在百迈客云平台进行了自主分析和数据挖掘，确定了相关的差异表达的基因和相互作用网络，文章发表在《Biochemical and Biophysical Research Communications》杂志上。

材料和方法

为了消除性别差异，该研究全部选择雄性牛。3头西门塔尔牛和5头晋南牛，生长1.5年，屠杀后30分钟内取肝脏组织，在液氮中快速储存，提取总RNA。

测序平台：百迈客生物科技有限公司Illumina HiSeq平台，PE150

分析平台：百迈客云科技有限公司（BMKCloud）

分析内容：

1.原始reads质控；

2.参考基因组比对（Bos taurus参考基因组，版本UMD 3.1.1）；

3.基因表达量和差异表达分析；

4.差异表达基因的功能富集分析；

5.蛋白质互作分析；

结果

1.西门塔尔牛和晋南牛肝组织RNA测序结果

质控后共获得61.33 Gb数据， 且8个样本的Q30均大于93％。与参考基因组比对率均在80.27％-85.48％范围内（表1）。

表1.RNA测序数据和比对结果统计

2.新基因的鉴定和注释

利用Cufflinks软件来鉴定西门塔尔牛和晋南牛的新基因。共检测到1282个潜在的新基因。 其中，有1043个基因通过与数据库（NR，Swiss-Prot，GO，COG，KOG，Pfam和KEGG）比对进行了注释。 值得关注的是，在Swiss-Prot蛋白质数据库中可以注释到364个新基因，这意味着它们是潜在的蛋白质编码基因，在之前的牛参考基因组中并没有注释。 此外， GO和KEGG数据库中分别注释548和371个新基因。

3.差异基因表达分析

使用DESeq R软件包鉴定西门塔尔牛与晋南牛的差异表达基因（DEGs）。将Fold Change≥2且FDR<0.05作为筛选标准，共鉴定了124个显着的DEGs，其中晋南牛中有53个（42.7％）上调，71个（57.3％）下调（图1）。西门塔尔牛和晋南牛中17个新基因有显著差异。一些转录本在丰度上有很大的差异，如ENSBTAG00000047322（|log2-fold change| = 7.16），血红蛋白亚基beta（HBB，|log2-fold change|= 3.76）和超氧化物歧化酶1（SOD1，|log2-fold change |= 8.38）它们被认为与肌内脂肪酸组成相关的候选基因。

图1.两种牛中124个差异表达基因热图

4.差异表达基因功能富集分析

为了深入了解西门塔尔牛和晋南牛肝中差异表达基因的生物学关系，研究人员将差异表达基因进行GO、KEGG富集分析。结果显示， GO生物学过程中显著富集了23个terms，主要包括催化活性（GO：0043086），脂质生物合成过程（GO：0008610），胆固醇酯化调节（GO：0010872）， 逆转胆固醇转运（GO：0043691）和脂蛋白脂肪酶活性的调节（GO：0051004）的负调节(P < 0.05）。 共有4个KEGG通路被显著富集（P <0.05），主要包括造血细胞谱系（bta04640），细胞粘附分子（CAMs，bta04514），丙酮酸代谢（bta00620）和T细胞受体信号传导通路（bta04660）（图2）。

图2.两种牛的差异表达基因GO富集中前20个显著富集的terms和KEGG通路分析

5.蛋白质相互作用分析

为了解西门塔尔牛和晋南牛肝脏中DEGs的相互作用，研究人员利用Ingenuity Pathway Analysis（IPA）软件进行了蛋白质 - 蛋白质互作网络分析。共鉴定了9个网络， 有趣的是，第二个网络与脂质代谢，分子运输和小分子生物化学相关，该网络包括乙酰辅酶A羧化酶β（ACACB）、载脂蛋白A1（APOA1）、脂肪酸去饱和酶 2（FADS2）和其他脂代谢相关基因（图3）。

图3.两种牛中差异表达基因的蛋白-蛋白互作网络图

结论

该研究中，使用RNA-Seq方法来分析两种不同IMF水平的牛肝脏转录组数据，系统地比较了晋南牛和西门塔尔牛的肝脏转录组差异。总共鉴定了124差异表达基因。与这两个品种的IMF沉积差异一致，这些DEGs在脂质生物合成和代谢相关的生物过程和途径中富集。 与脂质代谢有关的相互作用网络也被确定。该研究提供了与IMF沉积有关的潜在的候选基因和调控网络， 这一结果为牛的肌内脂肪酸组成研究奠定了基础。此外，该研究鉴定的候选基因可能会对牛的分子育种有帮助。

小编寄语

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参考文献

Xi W, Zhang Y, Zhang X, et al. The comprehensive liver transcriptome of two cattle breeds with different intramuscular fat content[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2017:1018-1025.