长链非编码RNAs调节羊绒周期性生长的分子机制

Cashmere is the fine undercoat produced by the secondary follicle in the skin of cashmere goat. It has important economic value in husbandry industry. The growth of cashmere is a complex process and has significant periodic changes affected by many signal pathways and regulators. Non-coding RNA also involves in the post transcriptional regulation of hair growth. lncRNAs (Long non-coding RNAs) are in general considered as non-protein coding transcripts longer than 200 nucleotides. They can regulate gene expression in epigenetic regulation, basal transcription and post-transcriptional regulation. Many lncRNAs in mammalian genome sequence appear in specific developmental process or have tissue and cell type specific. There have no report on lncRNA regulating cashmere growth until now. The proposal will screen the differentially expressed specific lncRNAs in anagen and telogen of Shanbei cashmere goat by using lncRNA array and bioinformatics methods. The target binding site of specific lncRNAs will be predicted and identified, and their functions will be verified by over-expressing and RNA small interference. The periodic growth mechanism of cashmere will be elaborated from the aspects of lncRNA regulation, which will provide reference for the further breeding work of cashmere goat.

羊绒是皮肤次级毛囊产生的纤细底层毛，具有重要的经济价值。羊绒的生长是一个复杂的过程，具有明显的周期性变化，受多个信号通路和调控因子的影响，而且非编码RNA参与转录后的调控过程。长链非编码RNAs（long noncoding RNAs,lncRNAs)是一类本身不编码蛋白、转录本长度超过200nt的RNA分子，可以在表观遗传调控、转录调控及转录后调控等层面上调控基因的表达。哺乳动物基因组中许多lncRNAs仅在特定发育阶段出现, 或具有组织细胞特异性。目前，关于lncRNAs调控羊绒生长的研究尚未见报道。本项目以陕北白绒山羊为研究对象，拟通过lncRNA芯片及生物信息学方法，筛选羊绒生长期和休止期差异表达的特定lncRNAs，预测和验证其作用靶点；利用过表达和siRNA干扰验证特定lncRNA的功能，从lncRNAs调控的角度阐述羊绒周期性生长的分子机理，为绒山羊进一步的育种工作奠定基础。

本课题组在前期的研究中，通过分析羊绒不同生长时期KAP9.2和Hoxc13基因的表达情况，发现这两个基因在羊绒生长期的相对表达量显著低于休止期的表达(P<0.01)。为什么KAP9.2和Hoxc13的表达量会出现这种周期性的变化？我们提出了可能受到某种因子调控作用的理论假设。目前，关于lncRNAs的研究虽然较少，但是lncRNA 参与一系列的生物过程，包括X染色体沉默、染色体修饰、基因转录、mRNA剪接、基因组印记、细胞的分化和发育以及与疾病相关的研究，如肝癌等方面，lncRNAs在生命科学中的重要角色已经被逐渐认识到，其调控作用正在被越来越多的人研究。而且许多lncRNAs仅在特定的发育阶段出现, 或具有组织细胞特异性，这就为我们的研究提供了新的思路。因此，在这样的前提下开展本研究的工作，旨在从lncRNAs调控的角度深入研究羊绒周期性生长的分子机理。.本研究对陕北白绒山羊羊绒生长期和休止期皮肤组织通过RNA-seq方法进行了测序，通过生物信息学分析方法对数据进行整理和分析，结果在两个时期共有37649个基因表达，参与了结构分子活性、核糖体的结构构成以及角蛋白等活动，其中两个时期差异表达的基因有977个。生长期和休止期共表达的lncRNAs有6127个，其中差异表达的有54个。对其中差异显著的10个lncRNAs 通过qPCR方法进行了验证，结果与RNA-seq结果相一致。进而构建了5个lncRNAs的过表达载体和CRISPR-cas9系统进行lncRNA缺失的功能研究，研究结果为阐述羊绒的周期性生长机制奠定了基础。