近日，Molecular Therapy-Nucleic Acids（IF=7.032; Top10%）同時在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學動物科技學院王鋒教授團隊完成的題為“Long non-coding RNA lnc_3712 impedes nuclear reprogramming via repressing Kdm5b”和“LncRNA FDNCR promotes apoptosis of granulosa cells by targeting the miR-534-3p/DCN/TGF-β signaling pathway in Hu sheep”的兩篇研究論文。系統(tǒng)介紹了團隊在山羊胚胎克隆與湖羊多胎機理方面的取得的重要研究進展。
lncRNA調(diào)控克隆胚胎重編程的表觀遺傳機制
該研究以山羊組蛋白去甲基化酶Kdm5b為靶基因，鑒定到一條參與調(diào)控山羊克隆胚胎重編程的新lncRNA lnc_3712，闡明了lnc_3712與Kdm5b的調(diào)控方式，揭示了lnc_3712調(diào)控山羊克隆胚胎重編程的表觀遺傳機制，對于提高克隆胚胎發(fā)育能力和轉(zhuǎn)基因克隆動物生產(chǎn)效率具有重要指導意義。
在過去的幾十年時間里，克隆技術已在多種動物上獲得成功，但相較于正常受精胚胎，克隆胚胎發(fā)育率仍然極低。王鋒教授團隊已于2011年獲得了南京農(nóng)業(yè)大學首例轉(zhuǎn)基因克隆山羊，前期研究也建立了參與調(diào)控山羊早期胚胎發(fā)育的lncRNA庫，然而lncRNA數(shù)量眾多，功能復雜，其通過何種機制調(diào)控克隆胚胎重編程尚不清楚。
本研究中，王鋒教授團隊證實組蛋白H3K4me3也是山羊克隆胚胎重編程的關鍵障礙，注射H3K4me3去甲基化酶Kdm5b mRNA可以提高山羊克隆胚胎囊胚率。利用高通量測序技術詳細地分析了lncRNA在山羊克隆胚胎ZGA過程中的表達規(guī)律，并以Kdm5b等表觀遺傳因子為核心基因構建lncRNA-mRNA互作網(wǎng)絡，結合干擾實驗和生物信息學分析篩選到lncRNA lnc_3712，發(fā)現(xiàn)干擾山羊克隆胚胎中l(wèi)nc_3712的表達，可以提高Kdm5b表達水平，降低克隆胚胎H3K4me3修飾，進而修正山羊克隆胚胎異常的轉(zhuǎn)錄組水平。更重要的是，干擾lnc_3712使山羊克隆胚胎囊胚率提高到48%左右。該成果對提高克隆胚胎重編程效率具有重要意義，在山羊轉(zhuǎn)基因育種中具有潛在應用價值。
該研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學動物科技學院江蘇省家畜胚胎工程實驗室為第一單位。南京農(nóng)業(yè)大學王鋒教授和張艷麗教授為本文的共同通訊作者，師資博士后鄧明田及萬永杰副教授為本文的共同第一作者。項目得到國家自然科學基金（31672422，31972569）項目的資助。
lncRNA調(diào)控湖羊多胎機理的重要研究進展
團隊首次將基因型和繁殖力精準配對，在低繁FecB+湖羊卵巢中篩選并鑒定出一個新的轉(zhuǎn)錄本lncRNA-FDNCR，通過體外功能驗證和機制探索等系列試驗，闡明了lncRNA FDNCR介導DCN/TGF-β通路參與多胎湖羊卵泡發(fā)育的調(diào)控機制。此研究成果將為解析并完善湖羊多胎機理提供依據(jù)，為綿羊以及其他家畜的生殖調(diào)控和繁殖力的提高提供理論基礎和實踐指導，對加快肉羊分子育種具有現(xiàn)實意義。
湖羊作為我國寶貴的遺傳資源保護品種，以“多胎、全年發(fā)情”而著稱，已被廣泛引進到全國各地進行擴繁和雜交育種，是當前國內(nèi)肉羊生產(chǎn)最受歡迎的母本品種，也是研究多胎機理的理想對象。同時，湖羊是世界上少數(shù)幾個攜帶FecB（fecundity booroola）基因（與排卵相關主效基因）的綿羊品種，攜帶該基因已成為多胎性的重要標志。但在實際生產(chǎn)中，王鋒教授團隊發(fā)現(xiàn)產(chǎn)單羔的湖羊中有84%攜帶純合FecB基因，提示FecB與多胎性之間可能存在更精細的調(diào)控機制。
探究lncRNA和miRNA調(diào)控多胎湖羊卵泡發(fā)育的作用機制是當前肉羊繁育的研究熱點。本團隊首次將基因型與繁殖力精準配對，以不同基因型的高低繁湖羊卵巢為研究對象，采用RNA-Seq技術對其進行l(wèi)ncRNA測序，發(fā)現(xiàn)新轉(zhuǎn)錄本MSTRG.98424.7在FecB+低繁湖羊組中高表達，通過RACE技術發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)錄本總長為1631 nt，采用FISH技術發(fā)現(xiàn)主要定位于湖羊卵巢顆粒細胞中，且隨著卵泡的增殖而降低。提示該轉(zhuǎn)錄本可能與卵泡發(fā)育有關，因此將其命名為FDNCR （Follicular development-associated lncRNA），進一步通過RIP、FISH等技術探索FDNCR-DCN軸、FDNCR-miR-543-3p軸、miR-543-3p-DCN軸的形成機制及功能驗證，結果表明：lncRNA FDNCR通過吸附miR-543-3p，減弱miR-543-3p對DCN基因表達的抑制作用，進而增強DCN基因?qū)GF-β通路相關基因的抑制作用，最終促進湖羊顆粒細胞的凋亡，揭示了lncRNA FDNCR介導DCN/TGF-β通路參與多胎湖羊卵泡發(fā)育的調(diào)控機制。
該研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學動物科技學院江蘇省家畜胚胎工程實驗室為第一單位，師資博后姚曉磊為第一作者，王鋒教授為通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金（31872357；32002174）、中央高?；究蒲许椖浚↘YYJ202001）的資助。近幾年，王鋒教授團隊重點關注多胎湖羊新品系的選育及特色性狀關鍵基因的挖掘工作，于2019年成立了南京農(nóng)業(yè)大學湖羊研究院。3年內(nèi)先后派出5位研究生輪流進駐國家級湖羊種羊場，根據(jù)遺傳背景、生產(chǎn)性能測定、產(chǎn)羔率等選育建立了高繁湖羊核心群（≥3只/胎）1000多只，并選留低繁湖羊（1只/胎）100多只。已先后先后利用WGBS和RNA-Seq技術在湖羊下丘腦-垂體-卵巢軸以及子宮上進行DNA甲基化和lncRNA系統(tǒng)性的篩選和功能驗證，系統(tǒng)揭示了湖羊多胎機理。
鏈接：https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.02.016；https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.02.030
日期：2021-03-09
lncRNA調(diào)控克隆胚胎重編程的表觀遺傳機制
該研究以山羊組蛋白去甲基化酶Kdm5b為靶基因，鑒定到一條參與調(diào)控山羊克隆胚胎重編程的新lncRNA lnc_3712，闡明了lnc_3712與Kdm5b的調(diào)控方式，揭示了lnc_3712調(diào)控山羊克隆胚胎重編程的表觀遺傳機制，對于提高克隆胚胎發(fā)育能力和轉(zhuǎn)基因克隆動物生產(chǎn)效率具有重要指導意義。
在過去的幾十年時間里，克隆技術已在多種動物上獲得成功，但相較于正常受精胚胎，克隆胚胎發(fā)育率仍然極低。王鋒教授團隊已于2011年獲得了南京農(nóng)業(yè)大學首例轉(zhuǎn)基因克隆山羊，前期研究也建立了參與調(diào)控山羊早期胚胎發(fā)育的lncRNA庫，然而lncRNA數(shù)量眾多，功能復雜，其通過何種機制調(diào)控克隆胚胎重編程尚不清楚。
本研究中，王鋒教授團隊證實組蛋白H3K4me3也是山羊克隆胚胎重編程的關鍵障礙，注射H3K4me3去甲基化酶Kdm5b mRNA可以提高山羊克隆胚胎囊胚率。利用高通量測序技術詳細地分析了lncRNA在山羊克隆胚胎ZGA過程中的表達規(guī)律，并以Kdm5b等表觀遺傳因子為核心基因構建lncRNA-mRNA互作網(wǎng)絡，結合干擾實驗和生物信息學分析篩選到lncRNA lnc_3712，發(fā)現(xiàn)干擾山羊克隆胚胎中l(wèi)nc_3712的表達，可以提高Kdm5b表達水平，降低克隆胚胎H3K4me3修飾，進而修正山羊克隆胚胎異常的轉(zhuǎn)錄組水平。更重要的是，干擾lnc_3712使山羊克隆胚胎囊胚率提高到48%左右。該成果對提高克隆胚胎重編程效率具有重要意義，在山羊轉(zhuǎn)基因育種中具有潛在應用價值。
該研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學動物科技學院江蘇省家畜胚胎工程實驗室為第一單位。南京農(nóng)業(yè)大學王鋒教授和張艷麗教授為本文的共同通訊作者，師資博士后鄧明田及萬永杰副教授為本文的共同第一作者。項目得到國家自然科學基金（31672422，31972569）項目的資助。
lncRNA調(diào)控湖羊多胎機理的重要研究進展
團隊首次將基因型和繁殖力精準配對，在低繁FecB+湖羊卵巢中篩選并鑒定出一個新的轉(zhuǎn)錄本lncRNA-FDNCR，通過體外功能驗證和機制探索等系列試驗，闡明了lncRNA FDNCR介導DCN/TGF-β通路參與多胎湖羊卵泡發(fā)育的調(diào)控機制。此研究成果將為解析并完善湖羊多胎機理提供依據(jù)，為綿羊以及其他家畜的生殖調(diào)控和繁殖力的提高提供理論基礎和實踐指導，對加快肉羊分子育種具有現(xiàn)實意義。
湖羊作為我國寶貴的遺傳資源保護品種，以“多胎、全年發(fā)情”而著稱，已被廣泛引進到全國各地進行擴繁和雜交育種，是當前國內(nèi)肉羊生產(chǎn)最受歡迎的母本品種，也是研究多胎機理的理想對象。同時，湖羊是世界上少數(shù)幾個攜帶FecB（fecundity booroola）基因（與排卵相關主效基因）的綿羊品種，攜帶該基因已成為多胎性的重要標志。但在實際生產(chǎn)中，王鋒教授團隊發(fā)現(xiàn)產(chǎn)單羔的湖羊中有84%攜帶純合FecB基因，提示FecB與多胎性之間可能存在更精細的調(diào)控機制。
探究lncRNA和miRNA調(diào)控多胎湖羊卵泡發(fā)育的作用機制是當前肉羊繁育的研究熱點。本團隊首次將基因型與繁殖力精準配對，以不同基因型的高低繁湖羊卵巢為研究對象，采用RNA-Seq技術對其進行l(wèi)ncRNA測序，發(fā)現(xiàn)新轉(zhuǎn)錄本MSTRG.98424.7在FecB+低繁湖羊組中高表達，通過RACE技術發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)錄本總長為1631 nt，采用FISH技術發(fā)現(xiàn)主要定位于湖羊卵巢顆粒細胞中，且隨著卵泡的增殖而降低。提示該轉(zhuǎn)錄本可能與卵泡發(fā)育有關，因此將其命名為FDNCR （Follicular development-associated lncRNA），進一步通過RIP、FISH等技術探索FDNCR-DCN軸、FDNCR-miR-543-3p軸、miR-543-3p-DCN軸的形成機制及功能驗證，結果表明：lncRNA FDNCR通過吸附miR-543-3p，減弱miR-543-3p對DCN基因表達的抑制作用，進而增強DCN基因?qū)GF-β通路相關基因的抑制作用，最終促進湖羊顆粒細胞的凋亡，揭示了lncRNA FDNCR介導DCN/TGF-β通路參與多胎湖羊卵泡發(fā)育的調(diào)控機制。
該研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學動物科技學院江蘇省家畜胚胎工程實驗室為第一單位，師資博后姚曉磊為第一作者，王鋒教授為通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金（31872357；32002174）、中央高?；究蒲许椖浚↘YYJ202001）的資助。近幾年，王鋒教授團隊重點關注多胎湖羊新品系的選育及特色性狀關鍵基因的挖掘工作，于2019年成立了南京農(nóng)業(yè)大學湖羊研究院。3年內(nèi)先后派出5位研究生輪流進駐國家級湖羊種羊場，根據(jù)遺傳背景、生產(chǎn)性能測定、產(chǎn)羔率等選育建立了高繁湖羊核心群（≥3只/胎）1000多只，并選留低繁湖羊（1只/胎）100多只。已先后先后利用WGBS和RNA-Seq技術在湖羊下丘腦-垂體-卵巢軸以及子宮上進行DNA甲基化和lncRNA系統(tǒng)性的篩選和功能驗證，系統(tǒng)揭示了湖羊多胎機理。
鏈接：https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.02.016；https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.02.030
日期：2021-03-09
