组蛋白H3K27me3对猪胚胎骨骼肌发育调控作用的研究

Histone methylation plays important roles in regulating muscle development. Studies in mice indicated that H3K27me3 is involved in regulating proliferation and differentiation of skeletal muscle, but the mechanism regulating porcine muscle development is unclear. In the present proposal, we are planning to firstly using native ChIP-sequencing (NChIP-Seq) technique to study the genomic sequences regulated by H3K27me3 in the longissimus dorsi muscle from Duroc embryos on gestation days 33, 65 and 90 which we have already collected before; secondary, using RNA-Seq to study the transcriptome and differentiated expressed genes in skeletal muscle of these three time periods and then select the key DNA sequences and genes combining the data from these two results; finally we will confirm the function of genes and regulated DNA regulatory elements in microsatellite cells. Our project will uncover the function of H3K27me3 in regulating muscle development, which will also provide new idea for molecular breeding to improve pork production.

组蛋白甲基化在骨骼肌发育过程中发挥重要调控作用。在啮齿动物中的研究发现，调控骨骼肌发育的主要组蛋白修饰为H3K27me3，但在猪中其作用机制尚不清楚。本项目拟在前期收集杜洛克猪胚胎33、65和90天背最长肌的基础上，采用染色质免疫共沉淀-测序技术（NChIP-Seq）检测组蛋白H3K27me3修饰的DNA序列，绘制猪胚胎33、65和90天背最长肌受H3K27me3调控的首张全基因组图谱，筛选差异修饰的DNA元件和基因；同时采用RNA-Seq技术研究3个时期的转录组，筛选差异表达的基因；在此基础上进行联合分析，初步筛选出关键的DNA调控元件和基因；最后在骨骼肌卫星细胞中对部分关键DNA调控元件和基因进行验证。研究结果将从理论上初步阐明组蛋白H3K27me3对猪骨骼肌发育的调控作用，同时为猪产肉性状的分子改良提供新思路。

H3K27me3是目前已发现的最重要的染色质修饰之一，在各种生物学过程中发挥重要调控作用。然而，H3K27me3在猪胚胎肌肉发育过程中的作用仍不清楚。本研究绘制了H3K27me3在杜洛克猪在胚胎发育期第33、65和90天中背最长肌的全基因组修饰图谱，并结合三个时期骨骼肌的全转录组数据分析受H3K27me3调控的基因和调控元件。转录组分析结果共鉴定了4124个差异表达基因，揭示了三个胚胎发育时期背最长肌中基因转录的特征。同时，在胚胎背最长肌发育过程中，H3K27me3修饰水平整体持续升高，且与基因表达呈负相关。研究结果首次揭示H3K27me3显著富集在肌肉发育的关键调控基因的启动子上，包括DES、MYL1、TNNC1和KLF5等。进一步通过细胞实验证实H3K27me3在肌细胞分化、钙信号通路和多种氧化代谢途径发挥了重要的调控作用。本研究首次绘制了H3K27me3全基因组修饰图谱，揭示其在胚胎背最长肌发育中从骨骼肌形态发生到肌纤维成熟过程发挥的复杂而广泛的调控功能。本研究将有利于提高动物产肉量，以及为理解和治疗人类肌肉相关的疾病、提高动物和人类的运动机能提供理论基础。