肉牛饲料转化效率相关关键miRNAs分子挖掘及调控机制研究

Feed efficiency is related to the economic benefits of livestock feeding. miRNAs have regulation effects at the posttranscriptional level in gene, little is known about the mechanism of miRNA in feed digestion and absorption in small intestine of livestock. Combined with the previous RNA-Seq data on small intestine of cattle with different feed efficiency, this project conducts miRNA-Seq for screening and identifying key genes, which are related to feed conversion efficiency and participates in feed digestion and absorption regulation pathways. The function verification of miRNAs and target genes will be conducted by luciferase report system. Meanwhile, the immunohistochemistry and sequencing technology will be taken for analyzing the target gene expression site in tissue and genetic effects of key miRNAs, respectively. Our results will provide evidence for clarifying the regulation of feed efficiency in cattle, as well as helpful for lowering the cost of livestock raising.

畜禽饲料转化效率关系到家畜养殖业的经济效益。已知miRNA在基因转录后发挥重要作用。从小肠组织阐明miRNA分子对畜禽饲料消化吸收和利用的调控机理尚不清楚。在获得不同饲料利用效率肉牛小肠组织转录组（RNA-Seq）数据的基础上，本项目在全基因组范围内对肉牛小肠组织中miRNA进行转录组测序，通过与RNA-Seq数据联合分析，筛选和鉴定肉牛饲料转化效率相关，且参与饲料消化吸收调控通路相关的关键基因；通过构建荧光素酶报告系统，在细胞水平对miRNA及介导靶基因进行功能验证，明确miRNA对肠上皮细胞增殖分化的影响；利用免疫组化技术进行靶标分子的组织表达定位；同时采用测序等方法分析关键miRNA的遗传效应；通过上述研究期望揭示miRNA分子在肉牛饲料转化效率的表达调控作用。本研究结果对从小分子RNA水平阐释肉牛饲料转化效率的调控机理具有重要意义，为降低畜禽饲养成本提供科学依据。

饲料投入占肉牛生产总成本的70％以上，是限制肉牛生产的主要因素。从遗传角度提高肉牛饲料利用效率，降低饲养成本意义重大。剩余采食量（Residual Feed intake，RFI）是衡量动物饲料利用效率的指标。为探究影响中外肉牛饲料利用效率的分子遗传机理，本课题开展以下研究：（1）不同RFI水平秦川牛体尺性状和血液生化指标相关性分析。通过差异性分析和相关性分析，并建立RFI预测模型可粗略的估算动物RFI水平。本研究中得出RFI预测模型为RFI=3.83+1.79×TBIL-0.16×GGT-0.07×CREA+1.91×HDL-0.01×CHE。（2）不同剩余采食量秦川牛十二指肠转录组测序及数据挖掘。解析了高、低RFI肉牛组中差异显著表达基因及其参与的重要生物学网络、代谢通路。通过联合分析，确定了miR-615及其靶基因IGF2作为候选miRNA和候选靶基因，为下一步研究奠定了基础。（3）miRNA-615及靶基因分子特征及功能验证。针对筛选出的差异miR-615，开展miR-615在各物种间的保守性及靶基因分析，为进一步探讨miR-615在牛小肠功能，肌肉发育及线粒体活动机制等提供了新的思路。（4）IGF2第2外显子多态性及与肉牛生长发育相关性分析。为了进一步验证IGF2是影响肉牛生长发育的重要分子，本试验统计分析IGF2第2外显子多态性与5个肉牛群体的生长发育的相关性，其中IGF2基因第2外显子PCR-RFLP 多态位点对秦川牛和安格斯的胸围、西门塔尔和新疆褐牛的体斜长以及秦川牛和西门塔尔的尻宽有显著影响。IGF2 基因外显子 PCR-RFLP 多态位点影响肉牛的生长发育, 可用该多态性位点( IGF2-Exon 2) 对肉牛的生长发育进行标记辅助选择。家畜饲料利用效率是复杂性状，受多个生物过程的调控。因此，确定与饲料效率相关表型的基因组区域，调节基因和生物标志物，从而来选择优秀动物，指导管理决策，仍是一个巨大的挑战。本课题针对剩余采食量初步研究为后续挖掘能量代谢、机体生理活动及线粒体功能研究奠定了理论基础。饲料利用效率相关分子标记及优势微生物可在群体验证的基础上对节约家畜养殖成本，开发新饲料及培育饲料效率高的新品种（系）提供坚实基础。