调控山羊绒生长mRNA和lncRNA基因簇及关键信号通路的生物信息学分析

摘要

【目的】分析绒山羊皮肤中受外源褪黑素诱导的调控山羊绒生长mRNA和lncRNA基因簇及关键信号通路,为从基因簇角度解析外源褪黑素促山羊绒生长的分子机制提供参考。【方法】选取6只罕山白绒山羊,随机分为对照组和埋植组(褪黑素处理),每组3个重复。以自然年为试验周期,每月采集皮肤样本进行RNA测序,使用Bowtie、TopHat、Cufflinks、Cuffmerge、Cuffdiff、Cuffcompare、CPAT和CPC软件分析差异表达mRNA(differentially expressed mRNA,DE-mRNA)和差异表达lncRNA(differentially expressed lncRNA,DE-lncRNA),利用Mfuzz程序包挖掘调控山羊绒生长的基因簇,利用GSVA和GGally程序包分析调控山羊绒生长的信号通路。【结果】筛选得到组间DE-mRNAs 2024个和DE-lncRNAs 329个,获得对照组和褪黑素处理组各8组不同动力学模式的基因簇。对照组基因簇通过Hippo信号通路、对白细胞介素-1的应答、角蛋白纤维、中间纤维、黑色素生成、细胞周期、FoxO信号通路、Wnt信号通路、Hh信号通路和p53信号通路等参与调控山羊绒生长;褪黑素处理组基因簇通过中间纤维、PI3K-Akt信号通路、聚合细胞骨架纤维、TGF-beta信号通路、生长因子活性、Wnt信号通路、Hippo信号通路、ECM与受体相互作用、p53信号通路和间隙连接等参与调控山羊绒生长。DE-mRNA和DE-lncRNA的相关性研究结果显示,外源褪黑素诱导下55个mRNAs和10个lncRNAs协调互作(PCC>0.960),调控山羊绒生长的共表达网络关系。基因集变异分析(gene set variation analysis,GSVA)可视化了FoxO、p53、PI3K-Akt、Wnt、Hh、Hippo和TGF-beta信号通路在绒山羊皮肤次级毛囊发育不同时期调控山羊绒生长的动态矩阵。外源褪黑素诱导下p53信号通路与FoxO信号通路呈极显著正相关(r=0.843,P<0.01);Hh信号通路与Hippo(r=0.836,P<0.01)、TGF-beta(r=0.868,P<0.01)、Wnt(r=0.790,P<0.01)、PI3K-Akt(r=0.630,P<0.05)等信号通路均呈极显著或显著正相关;Hippo信号通路与Wnt(r=0.846,P<0.01)、TGF-beta(r=0.806,P<0.05)信号通路均呈极显著或显著正相关;Wnt信号通路与TGF-beta信号通路呈极显著正相关(r=0.866,P<0.01)。【结论】本研究在组学水平从基因簇角度揭示了外源褪黑素诱导下绒山羊皮肤中调控山羊绒生长的55个mRNAs和10个lncRNAs的共表达调控关系,确定了调控山羊绒生长的FoxO、p53、PI3K-Akt、Wnt、Hh、Hippo和TGF-beta共7条关键信号通路,为进一步研究外源褪黑素促山羊绒生长的机制提供参考。