整合分析RNA-seq数据鉴定猪骨骼肌生长发育相关lncRNAs

摘要

长链非编码RNA(lncRNA，long non-coding RNA)是一类转录本长度大于200bp，且被认为具有较小蛋白编码潜能的RNA，它可以通过参与染色质的修饰、X染色体沉默以及基因组印记、转录干扰、转录激活和核内运输等多个重要过程发挥生物学功能。随着ENCODE计划的启动，以及受到人、小鼠等模式生物lncRNAs相关研究的启发，猪的非编码RNA研究已逐渐起步。在另一方面，骨骼肌生长发育为一个复杂的过程，中国地方脂肪型猪和外国瘦肉型猪在产量性状上存在巨大差异，为猪骨骼肌生长发育的分子机制研究提供了良好的素材。　　本研究整合了NCBI的SRA数据库下载的数据和实验室已测序的转录组的高通量数据，包涵骨骼肌、脂肪等12种组织，651个生物学样本，19个生物学项目，共13TB数据量。因数据库中测序方法的影响，在这里只关注lincRNA(long intergenic non-coding RNA)，对所有的样品进行lincRNA系统鉴定、lincRNA特征分析、组织特异性分析、并挖掘与骨骼肌生长发育相关的lincRNA。　　研究结果如下:(1)基于搭建的lincRNA鉴定流程，共得到12，564条候选lincRNA。(2)基因组特征分析显示，lncRNA在1、6和13号染色体上分布数量相对较多，分别为1196、822和908条，而其它染色体的数目分布较为均匀，这些结果表明lincRNA具有一定的染色体倾向性。lincRNA的平均长度为1380bp，其中长度为201～1000bp的lincRNA占比57％，长度为1000～2000bp的占比19％。蛋白编码基因的转录本长度为2800bp。lincRNA的平均外显子分布为32个，而蛋白编码基因的平均外显子数为87个。将鉴定的lincRNA与之前相关研究比较，发现与NONCODE数据库中211条序列同源，与ALDB数据库中1538条同源。(3)在卵巢中具有最多特异表达的lincRNA(537条，占所有特异表达lincRNA的3214％)，在肾脏、肺、子宫、脾脏、血液、肝脏、耳组织、心脏、肌肉、脑和脂肪组织中特异表达的lincRNA分别为179、136、128、124、123、114、90、74、58、56和52条。在这些组织特异表达的lincRNA中，我们还找到了与其功能相关的候选lincRNA。且lincRNA表达模式相对于蛋白编码基因具有更强的组织特异性。(4)将骨骼肌样品27个发育时间点，分为胚胎早期(E33-E65)、胎儿期(E70-E105)、新生期(D0-D60)和成熟期(D80-D180)等四个发育阶段。不同发育阶段lincRNA的差异表达结果显示:胎儿期与新生期显著差异表达的lncRNA数量最多，共计409条。功能富集分析表明，在骨骼肌多个生长发育阶段都差异表达的lincRNA主要与胚胎的发育、肌细胞代谢和生长因子受体的结合有关，包括Linc_TCONS_00326005、Linc_TCONS_00326798和Linc_TCONS_00323540等179条。　　综上所述，本研究首次在猪上整合当前已有数据库的RNA-seq，鉴定并分析lincRNA的特征、组织功能相关的lincRNA，并挖掘在骨骼肌生长发育中发挥重要调控的lincRNA，为猪的分子育种提供候选标记。

目录

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摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1．2 长链非编码RNA基因组特征

1．1．3 lncRNA生物学功能及作用机制

1．1．4 长链非编码RNA在畜牧领域研究现状

1．2 长链非编码对蛆分析策略

1．2．1 转录组研究方法的飞速发展

1．2．2 长链非编码RNA鉴定方法

1．2．3 长链非编码RNA功能分析及相关数据库

1．3 猪骨骼肌生长发育研究

1．3．1 猪骨骼肌生长发育过程

1．3．2 骨骼肌发育相关的lncRNA研究进展

1．4 本研究技术路线、目的意义

1．4．1 技术路线

1．4．2 目的意义

2．1 实验数据来源

2．2 生物信息学分析方法

2．2．1 主要分析工具及数据库

2．2．2 数据质控原则

2．2．3 转录组比对、拼接和表达计算

2．2．4 lncRNA鉴定流程搭建

2．2．5 组织特异性分析

2．2．7 PCA分析以及MDS分析

2．2．8 功能富集分析

第三章 结果与分析

3．1 转录组数据概述以及质量评估结果

3．1．1 转录组数据概述

3．1．2 数据质量评估结果

3．2 lincRNA鉴定与分析

3．2．1 lincRNA鉴定结果

3．2．2 lincRNA比较分析

3．2．3 lincRNA分子特征

3．3 组织特异性分析结果

3．4 骨骼肌生长发育相关的lincRNA分析结果

3．4．1 lincRNA的MDS及PCA结果

3．4．2 骨骼肌不同发育阶段的差异表达

3．4．3 与骨骼肌不同发育阶段相关的lincRNA

第四章 讨论

第五章 全文总结

参考文献

致谢

作者简历