基于血液转录组的藏酋猴免疫和糖代谢相关基因的表达研究

Tibetan macaque (Macaca thibetana) is an endemic species to China, and it has been used as animal model in biomedical studies. Previous study found that there were big differences between its immune and glucose metabolic related genes and that of other macaques. In this study, we will apply the next generation sequencing technology to sequence the blood transcriptome of different Tibetan macaques. In order to reveal the genetic background of its immune and glucose metabolic related genes, we will analyze these genes and will explore the influence of age and sex on the gene expression after assembling the blood transcriptomes. Meanwhile, we will identify the SNPs between different individuals, and then test whether the SNPs in the genome and transcriptome of Tibetan macaque will change the expression level of the corresponding genes. Comparative analysis with the previous genomic and the current blood transcriptomic data would provide further insight into the genetic background of the Tibetan macaque. Last, in order to provide theoretical support for developing Tibetan macaque into biomedical model, we will discuss the differences on the immune and glucose metabolic related genes between Tibetan macaque and Chinese rhesus macaque (M. mulatta) and the crab-eating macaque (M. fascicularis) through the comparison of their blood transcriptomes.

藏酋猴 (Macaca thibetana) 是我国特有猕猴动物，也是生物医学中日益广泛使用的模式动物。我们前期的研究表明藏酋猴与其他猕猴相比在许多免疫和糖代谢相关基因上存在较大遗传差异。本研究拟采用二代测序技术对不同发育阶段和性别的藏酋猴血液进行转录组测序，绘制血液转录组图谱，重点分析免疫和糖代谢相关基因，并鉴定不同发育阶段和性别个体间的差异表达基因，探讨年龄和性别对基因表达的影响。鉴定个体间SNPs (单核苷酸多态性位点)，并结合基因组数据，分析SNPs对基因表达的影响，在基因组和转录组水平全面深入的了解藏酋猴免疫和糖代谢相关基因的遗传特征。此外，比较藏酋猴和恒河猴(M. mulatta)、食蟹猴 (M. fascicularis)的血液转录组，在基因表达水平揭示它们在免疫和糖代谢相关基因的差异，以阐明藏酋猴基因表达的特性，为藏酋猴更好的应用于生物医学研究提供必要的理论基础。

猕猴属 (Macaca) 中的一些物种，如恒河猴 (M. mulatta)、食蟹猴 (M. fascicularis)，为重要的医学模式动物，藏酋猴 (M. thibetana) 是我国特有猕猴动物，在生物医学中也被开始使用。目前尚不清楚各猕猴在基因表达水平的差异情况。本研究采用二代测序技术对24只不同发育阶段和性别的藏酋猴血液进行转录组测序，绘制了其转录组图谱，并对44只恒河猴也进行了血液转录组的测序和分析，重点分析了它们的免疫和糖代谢相关基因，鉴定了不同发育阶段和性别在个体间的差异表达基因 (DEG)。分析结果表明，年龄和性别是影响藏酋猴血液组织基因表达的最显著因素。性别相关的33个DEG大部分为X染色体连锁基因。5288个年龄相关的DEG中，年龄负相关的2514个主要富集在核糖体组装、蛋白质翻译等过程。在恒河猴中得到2138个年龄相关DEG和40个性别相关DEG。功能富集分析发现随着年龄增长两种猕猴均出现了以下生理变化：（1）核糖体合成和蛋白质翻译过程减缓；（2）特异性免疫能力减弱，部分非特异性免疫能力有所增强；（3）凝血功能提高。通过与人类转录组的对比发现，年龄对基因表达的影响存在种间差异。相比人类，藏酋猴年龄正相关DEG更多地富集在应对外界病原入侵的免疫应答通路，且B细胞免疫系统相比人类可能更活跃。藏酋猴、恒河猴和人类在衰老过程中都表现出凝血功能增强的现象，但两种猕猴在该方面功能的增强更为显著。同时，年龄正相关DEG共有的基因明显较少，体现了不同物种应对衰老的不同策略。最后，对3只食蟹猴和3只红面猴 (M. arctoides) 进行了血液转录组测序，并与藏酋猴和恒河猴进行了对比。分析发现这四种猕猴在一些代谢通路均具有自己的转录特征，比如，藏酋猴与红面猴在“营养贮存通路”中各有3条转录本，而恒河猴与食蟹猴没有；恒河猴在“蛋白质标签通路”中有4条转录本，其余猕猴都没有。表明它们在一些基因的表达水平存在着差异。本项目的研究成果为更深入地理解猕猴物种间以及猕猴与人类间的基因表达差异提供了数据，也为更好的将猕猴物种应用到生物医学研究提供了理论支持。