動物最新轉(zhuǎn)錄組+甲基化聯(lián)合分析研究進展

發(fā)稿時間：2018-05-18來源：天昊生物

 

近期，動物領(lǐng)域一系列最新研究成果見刊，并且多采用了相同研究策略：轉(zhuǎn)錄組+DNA甲基化聯(lián)合分析。下面就跟隨小編看一下這些文章的研究內(nèi)容及方法，或許對您的研究有所啟發(fā)。

 

文章題目1：Integrative analysis of methylomic and transcriptomic data in fetal sheep muscle tissues in response to maternal diet during pregnancy

妊娠期間母畜飲食對胎羊肌肉組織基因組甲基化和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的綜合分析

發(fā)表期刊：BMC Genomics 發(fā)表時間：2018-2-6 影響因子：3.729

 

研究背景:

許多研究已經(jīng)建立了母體飲食與后代生理和代謝表型之間的聯(lián)系。以前研究證明了不同的母體飲食改變了綿羊胎兒組織的轉(zhuǎn)錄。然而，轉(zhuǎn)錄組變化的機制尚不清楚。DNA甲基化是一種表觀遺傳標記，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，并在很大程度上受飲食成分的影響。因此，在本研究中，研究者測試了孕期母體不同飲食是否會造成胎兒組織中DNA甲基化和基因表達模式的改變。

研究結(jié)果：

妊娠母羊隨機分為兩組，從妊娠中期(第67±5天)至尸檢收集胎兒第131±1天，分別飼喂干草和玉米日糧。對1516例胎兒背最長肌( LD )組織進行DNA甲基化分析和基因表達譜分析。利用甲基結(jié)合結(jié)構(gòu)域富集分析的全基因組DNA甲基化揭示了干草和玉米胎兒之間的60個差異甲基化區(qū)域(DMRs)，其中39個DMRs在干草胎兒中高度甲基化，而21個DMRs在玉米胎兒中高度甲基化。對三個DMRs (LPAR 3，PLIN5-PLIN4，以及新linRNA的差異甲基化)使用亞硫酸氫鹽測序進行驗證，證明了這些DMRs與差異基因表達有關(guān)。此外，在單個CpG水平上發(fā)現(xiàn)顯著的DNA甲基化差異。整合甲基化和轉(zhuǎn)錄組分析顯示基因表達與基因間/基因內(nèi)甲基化區(qū)域相關(guān)。此外，發(fā)現(xiàn)基因內(nèi)DMRs與鄰近基因的表達相關(guān)。

 

圖1、基于全基因組DNA甲基化的干草和玉米綿羊胎LD肌肉主成分分析

 

圖2、干草和玉米飼養(yǎng)母羊胎兒LD肌肉中DNA甲基化水平。a ) LPAR 3 DMR，b )PLIN5-PLIN4 DMR，c )lincRNA DMR。HF：干草喂養(yǎng)雌性；HM：干草喂養(yǎng)雄性；CF：玉米喂養(yǎng)雌性；CM：玉米喂養(yǎng)雄性；Hay：干草喂養(yǎng)雌雄混合；Corn：玉米喂養(yǎng)雌雄混合。每個序列DNA甲基化百分比=甲基化CpG位點的數(shù)目/成功測序的總數(shù)

 

圖3、每個CpG位點甲基化水平。a ) LPAR 3 DMR，b )PLIN5-PLIN4 DMR，c )lincRNA DMR。HF：干草喂養(yǎng)雌性；HM：干草喂養(yǎng)雄性；CF：玉米喂養(yǎng)雌性；CM：玉米喂養(yǎng)雄性；Hay：干草喂養(yǎng)雌雄混合；Corn：玉米喂養(yǎng)雌雄混合。每個位點甲基化百分比=甲基化CpG位點的數(shù)目/成功測序的總數(shù)

 

圖4、DMRs區(qū)域基因基因表達譜結(jié)果

 

圖5、標準化的基因表達值

研究結(jié)論：

妊娠中晚期母畜飲食可影響胎兒組織DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組水平，并可能影響羔羊的表型。

 

文章題目2：Transcriptional Regulation by CpG Sites Methylation in the Core Promoter Region of the Bovine SIX1 Gene: Roles of Histone H4 and E2F2

牛SIX1基因核心啟動子區(qū)CpG甲基化對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控：組蛋白H4和E2F2的作用

發(fā)表期刊：Int. J. Mol. Sci. 發(fā)表時間：2018-1-16 影響因子：3.226

 

研究背景：

DNA甲基化是基因組的一種主要表觀遺傳修飾，在肌肉發(fā)育中起著重要作用。SIX1基因被認為在調(diào)節(jié)骨骼肌發(fā)育中起主要作用。

研究結(jié)果：

本研究確定了牛SIX1在胎牛組(FB)和未分化秦川牛肌肉細胞(QCMCs)中的表達水平顯著高于成年牛組(AB)和分化QCMCs。此外，對DNA甲基化水平的亞硫酸氫鹽測序聚合酶鏈式反應(yīng)(BSP)分析表明，牛SIX1基因的核心啟動子區(qū)(216/28)的三個CpG位點在AB組和分化的QCMCs組中表現(xiàn)出顯著更高的DNA甲基化水平。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)SIX1基因核心啟動子的DNA甲基化對其活性有明顯的影響。電泳遷移率轉(zhuǎn)移試驗(EMSA)和染色質(zhì)免疫沉淀(ChIP)試驗結(jié)合位點定向突變和siRNA干擾，證明組蛋白H4和E2F2結(jié)合216/28區(qū)，并在發(fā)育過程中的SIX1甲基化調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

 

圖1、牛SIX1基因的表達模式分析。(a)在不同發(fā)育階段測定SIX1 mRNA的表達。在子宮中180天以及出生后1、9、18和24個月(紅線)獲得胸廓最長肌樣品，在誘導(dǎo)成肌分化后第0天(D0)、第2天(D2)、第4天(D4)、第6天(D6)和第8天(D8) (黑線)獲得牛成肌樣品。以GAPDH作為管家基因；(b，c)檢測牛SIX1在不同發(fā)育階段和肌肉發(fā)生階段的蛋白表達模式

 

圖2、牛SIX1基因在個體和細胞不同發(fā)育階段的甲基化分析。(a) SIX1基因啟動子的示意圖。 (b)牛SIX1基因核心啟動子的序列。甲基化位點用紅色字母標記，假定的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點方框標出。(c、d)用QUMA軟件分析了9個CpG位點在不同階段的百分比。FB表示胎牛組，AB表示成年牛組；d0和D2表示QCMCs誘導(dǎo)階段。每條線代表一個單獨的細菌克隆，每條線代表一個CpG位點?？招膱A和黑色圓分別表示未甲基化和甲基化CpG位點

 

圖3、采用亞硫酸氫鹽測序的方法對FB、AB、D0和D2組中SIX1基因核心區(qū)包含9個CpG位點的甲基化水平的分析結(jié)果

 

圖4、作為SIX1基因核心啟動子區(qū)轉(zhuǎn)錄抑制子的組蛋白H4和E2F 2結(jié)合位點區(qū)域DNA甲基化功能分析。(a) SIX1基因核心啟動子中的序列和推定轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點。 (b)通過未甲基化和甲基化熒光素酶報告質(zhì)粒pGL3216/28分析SIX1啟動子甲基化。(c)用構(gòu)建體pGL3216/28和pGL3M216/28在組蛋白H4和E2F2結(jié)合位點的定點誘變構(gòu)建體中進行熒光素酶測定。(d)組蛋白H4和E2F2被特異性siRNA和pcDNA3.1重組質(zhì)粒敲除和過表達，并與pgl3m 216 / 28共轉(zhuǎn)染C2C12細胞。pGL3216 / 28和pGL3M216/28的構(gòu)建分別表示體外未甲基化和甲基化熒光素酶報告質(zhì)粒。以NC siRNA和pcDNA 3.1 ( + )表達質(zhì)粒為陰性對照

 

圖5、電泳遷移率測定( EMSA )和ChIP-PCR分析顯示組蛋白H4和E2F2在體外和體內(nèi)與SIX1啟動子直接結(jié)合

 

圖6、牛SIX1甲基化調(diào)控機制示意圖

 

研究結(jié)論：本研究結(jié)果為進一步了解牛SIX1基因甲基化和肌肉發(fā)育對其表達的調(diào)控提供了基礎(chǔ)。

 

文章題目3：Integrated analysis of methylome, transcriptome and miRNAome of three pig breeds

3種豬甲基化、轉(zhuǎn)錄組和miRNA組學(xué)聯(lián)合分析

發(fā)表期刊：Epigenomics 發(fā)表時間：2018-4-25 影響因子：4.541

研究意義:

甲基化和轉(zhuǎn)錄組的綜合分析有助于了解具有不同商品性狀種豬的分子基礎(chǔ)。

研究結(jié)果:

本研究利用3種豬獲得了全基因組甲基化，miRNA組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，從全基因組水平上展示了這三種組學(xué)的概貌。還提供了甲基化與遺傳選擇、miRNA組和轉(zhuǎn)錄組的整合結(jié)果，并鑒定了11個與豬表型變異相關(guān)的候選差異甲基化基因。

 

圖1、利用亞硫酸氫鹽測序法檢測的不同基因組區(qū)域的平均覆蓋率。y軸是覆蓋度百分比。x軸顯示基因組的不同組成部分情況。ES: 恩施黑豬；LW: 大白豬；WB：中國野豬

 

圖2、不同基因組區(qū)域的平均CpG甲基化水平。每個基因上游和下游的5kb區(qū)域被分成100 bp的間隔。每個編碼序列被分成20個間隔(每個間隔5 % )。ES: 恩施黑豬；LW: 大白豬；WB：中國野豬；TTS：轉(zhuǎn)錄終止位點

 

圖3、啟動子區(qū)域差異甲基化區(qū)域基因GO富集分析Top 10列表結(jié)果

 

圖4、差異表達基因GO富集分析結(jié)果

 

 

圖5、5種基因表達水平上的DNA甲基化分布情況

 

 

圖6、三個豬種基因的聯(lián)合分析，統(tǒng)計了每種可能的基因調(diào)節(jié)組合數(shù)量和百分比。'+ '表示甲基化/ miRNA調(diào)節(jié)/表達的基因，而' - '表示未甲基化/未miRNA調(diào)節(jié)/未表達的基因。這8個可能的組合標記為A至H。ES: 恩施黑豬；LW: 大白豬；WB：中國野豬

 

研究結(jié)論:

DNA甲基化不僅能抑制轉(zhuǎn)錄組，而且能抑制miRNA。不同組間的數(shù)據(jù)直接或間接存在復(fù)雜的交互作用，與豬的生長、抗病、能量代謝等表型性狀密切相關(guān)。

 

關(guān)于天昊

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