秦川牛肉质性状基因表达调控网络解析及功能基因鉴定

This project aimed to the key problems that there is little special beef breeds of our own in China,and lack of high-quality beef.Qinchuan cattle is one of the best and famous indigenous yellow cattle breeds in China, in this project, we will conduct a meat qulity analysis in different ages to investigate the gene expression profiles of the longuissimus dorsi (LD) muscle tissue from Qinchuan cattle of different sexes (intact males, castrated males and females) and screen differential expressed genes in the LD muscle tissue from Qinchuan cattle with different sexes at 36 months of age, we will do our best to construct the gene expression network during the meat quality traits formed. Genes identified will be further validated in vitro in myocyte of Qinchuan cattle. Our study will be beneficial in clarifying the molecular genetics mechanisms of beef quality in Qinchuan cattle, and these data will contribute to improving the cattle breeding and the beef production with more excellent meat quality and relevant studies of other speices.

本项目针对我国目前良种肉牛品种匮乏、高档牛肉生产困难这一关键问题展开研究，以闻名海内外的我国地方黄牛的代表性品种- - 秦川牛为研究对象,记录该品种内肉质性状存在显著差异的公牛、母牛、阉牛生长发育过程中肉质性状的表型数据，利用基因芯片技术构建公牛、母牛、阉牛不同发育时期肌肉组织的基因表达谱，筛选和挖掘影响秦川牛肉质性状的重要候选基因，并进一步在秦川牛肌细胞中验证目标基因的功能，构建秦川牛肉质性状的基因表达调控网络，从分子水平揭示基因表达与秦川牛肉质性状的相互关系，初步阐明秦川牛肉质形成过程中分子遗传调控机制，进而鉴定出影响秦川牛肉质形成的重要功能基因，为秦川牛肉用选育改良奠定基础，同时也为培育中国特色的优质肉牛新品种提供科学依据。

课题对秦川牛公牛、母牛、阉牛4个生长发育时期（n=4），共计48个样本进行了肉质性状检测分析，进一步利用转录组测序（RNA-seq）技术对公牛、母牛、阉牛不同发育阶段肌肉组织进行mRNA测序，对24月龄公牛和阉牛的肌内脂肪组织进行了mRNA-Seq 和miRNA-Seq测序，并对测序结果进行了生物信息学分析。研究发现，年龄和性别能显著影响秦川牛的肉质性状，阉割能显著影响肌内脂肪的沉积；高通量测序和生物信息学分析显示，秦川牛肌肉组织发育具有明显的阶段特异性和性别特异性，发育的早晚或快慢、细胞增殖能力、新陈代谢的同化异化方向、脂代谢能力的不同决定了不同性别各个发育时期的肌肉发育方向和肉质性状特征。通过生物信息学分析最终确定了影响秦川牛肉质性状的14条重要调控通路，主要参与细胞增殖和分化能力、肌肉发育速率、肌肉功能、肌内脂肪和结缔组织含量的调控，这些信号通路构成了秦川牛肌肉发育过程中肉质性状的基因调控网络。此外，构建了秦川牛肌内脂肪性状基因表达调控网络，主要包括脂肪分解相关信号通路下调和甘油三酯合成信号通路上调两部分。. 对肌内脂肪性状调控网络中可能具有重要作用的let-7i和miR-2305与HBEGF、MAP3K1、PAK1和RAC2的靶向关系进行了验证，研究了这两个miRNAs在调控牛前体脂肪细胞分化中的作用。研究发现，HBEGF和MAP3K1是let-7i的靶基因，PAK1和RAC2是miR-2305的靶基因，let-7i具有促进牛前体脂肪细胞分化的作用，这种作用可能是通过抑制MAP3K1的表达，进而引起下游PPARγ、LPIN1基因的上调而实现的。. 课题执行期间在国内外重要学术期刊上发表论文36篇，其中SCI 论文20篇，出版专著1部，授权发明专利3项；获批软件著作权3项，培养博士研究生4名，硕士研究生8名。课题研究按照计划执行，圆满地完成了课题预期目标。