FOXO1在下丘脑-肝脏-肌肉组织中的转录调控作用机制研究

FOXO1, as the major downstream gene of insulin signalling pathway, play a critical role in animal muscle growth via the growth axis of hypothalamus-liver-muscle. In mice, FoxO1 specially overexpressed or knockout in hypothalamus, liver or muscle tissue significantly affects muscle mass and fiber type division. Similarly in chicken, we found that FOXO1 has an effect on muscle cell growth and muscle fiber switch. Based on these studies, in this project, we will use chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) and transcriptomic sequencing to systemic analyze the transcription regulation by FoxO1 in the hypothalamus, liver and muscle tissue from fast-growing broilers and slow-growing yellow chicken, and to explore the genes, miRNA and lncRNA, directly or indirectly regulated by FOXO1, and the interaction network and pathway. Meanwhile, we try to find the critical variations impacting on FOXO1 transcriptional regulation activities, which will be confirmed in the cell model. Finally, we will finely explain the FOXO1 roles on skeletal muscle growth in the growth axis of hypothalamus-liver-muscle. Our finding will provide the basis for improving meat yield and meat quality in molecular breeding of broilers.

FOXO1作为胰岛素信号通路的下游基因通过下丘脑-肝脏-肌肉生长轴影响动物肌肉的生长过程。在小鼠上，对下丘脑、肝脏或肌肉组织进行FoxO1的特异性过表达或敲除，均显著影响肌肉的沉积和肌纤维类型的分布。在鸡上，通过我们前期的研究发现，FoxO1同样可以影响肌肉细胞的生长和肌纤维转换。基于此，本项目通过染色体免疫共沉淀和转录组测序技术系统研究FOXO1在白羽肉鸡和黄羽肉鸡下丘脑-肝脏-肌肉组织中的转录调控作用，鉴定FOXO1影响肌肉沉积和肌纤维转换的下游编码基因、非编码基因以及形成的调控通路，监测不同遗传背景下影响FOXO1转录调控作用的功能性遗传变异，并在细胞水平进行验证，最终全面解析FOXO1是如何通过生长轴上关键组织影响肌肉产量和肌肉品质的分子调控机制。该项目将进一步明确FOXO1精细调控肌肉生长和能量代谢的作用规律，丰富鸡肌纤维生长调控的分子机制，为培育高效优质肉鸡的分子选育提供基础。

在鸡上，多项全基因组关联分析研究表明， FoxO1是影响肉鸡生长性状（肌肉、骨骼、脂肪沉积）的重要候选基因。本项目在此基础上，利用染色体免疫共沉淀和高通量组学测序技术（ChIP-seq）系统研究FOXO1在肉鸡胚胎期成纤维细胞、原代成肌细胞、胸肌组织和腿肌组织的靶向结合的基因组区域，鉴定FOXO1直接或间接调控的功能基因和作用通路；其次，通过在细胞水平激活和抑制FOXO1活性试验，进一步锁定FOXO1在肌肉生长和分化过程中转录调控的主效功能基因，证实FOXO1可以通过调控MYH7B和MEF2C等影响胚胎期肌肉细胞生长和肌纤维类型的转换；最后，通过对胚胎期不同发育时期骨骼肌组织的m6A甲基化测序分析，证实FOXO1在鸡胚胎期的动态转录表达受到m6A甲基化的修饰调控，揭示了FOXO1信号通路依赖m6A甲基化修饰进而影响下游基因的表达调控的规律。同时，针对调控网络中关键性编码基因进行遗传变异和性状关联分析，筛选出与肉鸡生长性状显著关联的有效分子标记。综合以上，本项目系统解析了FOXO1在肌肉生长过程中的靶向作用基因和调控网络，证实了胚胎期FOXO1依赖m6A甲基化修饰动态调控肌肉发育的作用规律。