转录组测序技术在猪上的研究进展

黄全奎，周松峰，邢 凯，白云华

（1.广西里建桂宁种猪有限公司，广西 南宁530105；2.北京农学院动物科学技术学院，北京102206；3.北京百净保科技发展有限公司，北京100193）

转录组广义上是指在某一生理或试验条件下，由单个细胞、组织或个体等所产生的所有转录产物的集合，包括mRNA、rRNA、tRNA及非编码RNA；狭义上是指所有mRNA的集合。在一般情况下，如果不特别强调，转录组就是指mRNA。转录组代表了样本（细胞、组织等）整体的基因表达水平，因此也被称为“表达谱”，通常采用基因表达谱芯片和RNA-seq技术来研究。随着测序技术的发展，测序所需的时间和成本大大降低，其在畜牧行业得到了大量应用及研究，在猪上也不例外。科研工作者根据自己的研究目的，针对不同表型、不同处理条件、不同时期及不同组织间的差异，进行转录组测序，进而筛选差异表达基因，进行功能基因组的研究。

1 不同表型

针对极端表型个体的关键器官或组织进行转录组测序，是挖掘影响此表型关键基因的重要方法之一。脂肪沉积在养猪生产中发挥着重要作用，研究者针对不同脂肪沉积能力的猪做了研究。Chen等针对具有极端生长表型的猪的腹脂、肝脏和背最长肌进行了转录组测序，分别发现2 796、1 551和835个差异表达基因，并认为胰岛素样生长因子2（IGF2）、细胞色素P450家族成员1A1（CYP1A1）、肌肌酸激酶（CKM）和羧酸酯酶1（CES1）等基因在脂肪发育过程中发挥了重大的作用[1]。Xing等检测了具有极端背膘厚度的松辽黑猪的脂肪组织和肝脏组织的转录组，分别检测出188和92个差异表达基因，通过功能分析发现脂肪组织是影响脂肪沉积的主要器官，脂肪酸的从头合成通路是影响脂肪沉积的主要原因，并在长白猪上有了相同的发现[2]。Zambonell等检测了具有极端背膘厚度的意大利长白猪的背膘组织，发现了86个差异表达基因，主要参与了炎症反应等过程[3]。Lim等比较了极端高低组（n=3）肌内脂肪含量的巴克夏猪的背最长肌肌肉组织，检测到134个差异表达基因，主要参与了脂肪酸的从头合成和肌肉再生等过程[4]。公猪膻味是一个影响肉质的不良性状，主要是由于雄烯酮和粪臭素在脂肪中的积累而导致的。Gunawan等检测了具有极端差异背膘雄烯酮含量的猪肝脏和睾丸的转录组，分别发现了448和46个差异表达基因，其中免疫应答基因6（IRG6）、抗病基因1（MX1）、干扰素诱导基因2（IFIT2）、细胞色素P450家族成员7A1（CYP7A1）、含黄素单氧化酶5（FMO5）和角蛋白18（KRT18）可能是影响公猪膻味的候选基因[5]。生长速度和剩余采食量是猪重要的经济性状，并且互相影响。Jing等比较了具有极端剩余采食量的长白公猪（10头），检测出99个差异表达基因，其中脂肪酸结合蛋白3（FABP3）、钙调磷酸酶调节蛋白（RCAN）、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1A（PGC-1A）、己糖激酶2（HK2）、AMP激活的蛋白激酶r-2调节亚单位（PRKAG2）等基因参与了能量代谢和脂肪酸的跨膜运输[6]。Liu等比较了35日龄左右的高低组剩余采食量的仔猪（n=15），鉴定出1 972个差异表达基因，这些基因参与了小分子生物物质的合成等生物学过程[7]。

猪肉品质是影响消费者选择猪肉的重要因素。Li等比较了不同滴水损失的背最长肌的转录组，鉴定出150个差异表达基因，其中三合蛋白（TRDN）和肌肉生长抑制素（MSTN）可能是滴水损失的主要候选基因[8]。Gi等检测了不同产仔数母猪的胎盘组织，发现了588个差异表达基因，其中白介素-6（IL-6）和内皮脂肪酶（LIPG）在胚胎发育营养供给上发挥着重要的作用[9]。Zhang等比较了不同产仔数母猪的卵巢转录组，检测出1 243个差异表达基因，其中部分基因参与了类固醇生物合成和卵巢类固醇生成[10]。Zhao等比较了具有极端饲料转化率的猪的转录组，发现232个差异表达基因，其中部分关键基因参与了维生素A代谢、脂肪酸代谢和胆固醇类激素代谢等通路，并认为维生素A在猪肝脏中的代谢，对于调控猪饲料效率具有重要作用[11]。

2 不同品种

在猪长时间的选择和进化过程中，不同品种在生理特点上产生了很大的差异。通过比较不同品种间的转录组，得到差异表达基因，为揭示猪生理特点的分子功能解析提供了基础。不同猪品种间肌肉的发育形态、肉质品质、肌内脂肪含量等方面有较大的差异，科研工作者针对不同猪种间的差异做了较多的研究。Li等比较了皖南花猪和大白猪的背最长肌的转录组，筛选到的差异表达基因部分参与了糖类分解和脂肪酸的代谢的过程[12]。Sun等比较了长白猪和蓝塘猪的背最长肌转录组，筛选到547差异表达基因，主要富集在肌肉生成等过程中[13]。Yang等对沙子岭猪和大白猪的背最长肌组织进行了转录组测序，筛选到488个差异表达基因，其中部分参与了脂肪酸代谢、肌肉发育等过程[14]。Chen等比较了莱芜猪和大白猪背最长肌转录组，发现了178个差异表达基因，其中部分基因参与脂肪代谢，可能影响了肌内脂肪含量的沉积[15]。Hou等比较了瘦肉型猪 长白猪、脂肪型猪 通城猪和小型猪 五指山猪的背最长肌转录组，发现部分差异表达基因参与了脂肪代谢、肌肉发育等过程[16]。张东杰等比较了民猪和大白猪的背最长肌转录组，发现了1 098个差异表达基因，其中部分基因富集在过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路等通路，为研究影响肉质的遗传因素提供了依据[17]。杨建敏等比较了槐猪和杜洛克猪的背最长肌转录组，检测到953个差异表达基因，其中部分基因参与了调节脂类代谢的通路[18]。Ropkamoik等比较了皮特兰猪和波兰长白猪的半膜肌肉组织，检测到35个差异表达基因，其中部分基因参与了肌肉收缩等过程[19]。Zhao等比较了通城猪和大白猪11个发育时期的转录组数据，筛选出大量差异表达基因，为研究肌肉发育和肉质提供了分子基础[20]。Li等比较了二花脸猪和大白猪背最长肌的转录组，筛选到808个差异表达基因，为解释种间差异奠定了基础[21]。Xing等比较了松辽黑猪和长白猪背膘组织的转录组，发现差异表达基因参与了脂肪酸合成、胰岛素抵抗和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路等过程[22]。Codina等比较了大白猪和伊比利亚猪睾丸组织的转录组，检测到大量差异表达基因，并显著地富集在配子生产和脂类代谢等通路上[23]。Hu等比较了大蒲莲猪和长白猪的全血液转录组测序结果，检测到83个差异表达基因，其中部分富集在免疫应答和脂质代谢等通路上[24]。

3 不同处理条件

通过全面分析某一组织在不同处理条件下转录组表达水平的变化，能够揭示特定生物学过程的分子调控机制。在这方面的研究中，通过饲喂不同营养水平的日粮来研究转录组表达水平是重要组成部分。Ogłuszka等比较了饲喂不同不饱和脂肪酸（ω-6和ω-3）长白猪的臀肌和肝脏的转录组，分别筛选到749个和3 565个差异表达基因，其中部分基因富集在调控脂肪酸代谢、能量代谢和免疫应答等信号通路上，为脂肪酸在猪生长和发育中的作用打下基础[25,26]。 wiątkiewicz等比较了饲喂不同脂肪酸含量日粮的猪肝脏转录组，发现载脂蛋白A4（APOA4）、长链脂酰CoA合成酶5（ACSL5）、细胞色素P 4 5 0家族成员2C49（CYP2C49）、细胞色素P450家族成员2B22（CYP2B22）和谷胱甘肽S-转移酶ω-1（GSTO1）等基因在不同处理组中显著差异表达，揭示它们可能存在共调控作用[27]。Xia等比较了饲喂高脂高糖日粮的巴马香猪和对照组的肝脏组织转录组，筛选到822个差异表达基因，其中部分基因参与了免疫应答、MAPK和PPAR等信号通路，为研究高能量饮食对猪肥胖和脂肪肝的分子机制打下基础[28]。李建平等比较了不同脂肪来源（红花籽油和椰子油）日粮及对照组之间的猪肝脏转录组数据，筛选到多个差异表达基因，为其作为饲料的功能研究奠定了基础[29]。Li等比较了二元（长白h大白）猪和莱芜猪感染猪圆环病毒2型35 d前后的肾脏组织的转录组，从莱芜猪中筛选出169个差异表达基因，而在长白猪中发现205个差异表达基因，这些基因主要富集在补体系统、外源物质代谢等通路上[30]。

4 不同时期

猪在不同的发育时期有着不同的生物学特点。通过比较不同时期猪某些特定组织的转录组来鉴定基因的功能是研究重要手段之一。Song等比较了长白猪未成熟和成熟的睾丸组织的转录组，筛选到10 095个差异表达基因，其中有242个差异表达基因参与了生精的过程，为了解猪的生精过程和性成熟的分子机理打下基础[31]。Lee等比较了5 d和180 d猪睾丸组织的转录组，筛选到607个差异表达基因，发现基质金属蛋白酶9（MMP9）、基质金属蛋白酶1（MMP1）、谷胱甘肽过氧化酶1（GPX1）、趋化因子受体1（CCR1）、胰岛素样生长因子结合蛋白3（IGFBP3）、白细胞分化抗原14（CD14）等基因可作为猪生精干细胞的生物标记[32]。Jiang等比较了脂肪细胞和前脂肪细胞在发育0 d、2 d和4 d时的转录组，分别在两细胞中筛选到985个和1 469个差异表达基因，其中576个基因是在两种细胞中共同差异表达的，并认为PPAR信号通路在两种脂肪细胞发育过程中起着重要作用[33]。Li等比较了脂肪型荣昌猪不同时期的脂肪组织的转录组，筛选到差异表达基因4 403个，为研究脂肪组织的发育提供了基础[34]。Shan等比较了巴马香猪和藏猪不同发育时期脑下垂体的转录组，检测到大量差异表达基因，其中生长激素（GH）、催乳素（PRL）、黄体生成素β亚基（LHB）和促卵泡激素β亚基（FSHB）等基因可能在发育过程中起着重要的作用[35]。Lin等比较了母猪发情后12 d、18 d和25 d的子宫内膜组织的转录组，分别发现1 557、8 951和2 345个差异表达基因，为研究猪的子宫内膜功能打下基础[36]。

5 不同组织

不同组织在生物体内发挥着不同的作用，通过比较其转录组的差异，是挖掘基因功能的重要手段。Wang等比较了猪皮下脂肪组织和内脏脂肪组织的转录组，发现差异表达基因主要富集在免疫应答等通路，揭示了不同脂肪组织在猪体内发挥着不同功能[37]。Mach比较了不同的猪小肠组织（十二指肠、空肠）的转录组，筛选到大量的差异表达基因，主要富集在基本的生物学过程中，为揭示猪肠道的精细功能奠定基础[38]。Li等比较了猪肱二头肌和比目鱼肌的转录组，鉴定到52个差异表达基因，主要富集在与肉色性状相关的通路上，揭示了部分调控肉色的分子机制[39]。Gan等比较了荣昌猪的肝脏组织和脑组织的转录组，鉴定出大量差异表达基因，为更确切地了解猪肝脏和脑的分子功能打下基础[40]。

6 展望

综上所述，转录组测序技术广泛地研究了猪的生长发育、脂肪代谢、肌肉生长、繁殖生理、免疫应答等各个生理过程，已经成为鉴定mRNA表达丰度和鉴定新转录本的重要技术手段。同时结合如小的非编码单链RNA（miRNA）组、长链非编码RNA（lncRNA）组、全基因甲基化组、全蛋白组等组学信息，为鉴定基因的生物学功能和调控机制提供了新的思路。但是大部分的转录组测序研究只是构建了差异表达基因参与的通路，其分子调控和遗传机制还有待进一步研究。这也是未来在转录组测序基础上的研究重点。