转录组测序技术在猪上的研究进展

　　摘 要：转录组 (Transcriptome) 是指特定细胞或组织中的全部转录产物 , 包括信使 RNA、核糖体 RNA、转运 RNA 以 及非编码 RNA。转录组测序技术的快速发展，为转录组的研究提供了可靠的平台。转录组测序技术能够全面分析某 一组织或细胞在不同物种、品种、发育阶段以及不同的处理条件下，全部转录产物的类别、结构以及表达水平的变化， 揭示特定生物学过程的分子调控机制。近年来，研究人员广泛利用该技术筛选猪优良经济性状的基因，为功能基因的 鉴定研究提供重要信息。文章综述了在不同试验设计下，基于转录组测序技术比较不同表型、不同处理条件、不同时 期及不同组织间的转录组，筛选差异表达基因的研究，以期为今后猪育种的研究提供有用的信息。

　　关键词：猪;转录组;高通量测序;试验设计

　　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 P450 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×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]。

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　　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。

　　参考文献

　　[1] CHEN C, AI H, REN J, et al.A global view of porcine transcriptome in three tissues from a fullsib pair with extreme phenotypes in growth and fat deposition by paired-end RNA sequencing [J]. BMC genomics, 2011. 12(1): 448.

　　[2] Xing K, ZHU F, ZHAI L, et al. Integration of Transcriptome and Whole Genomic Resequencing Data to Identify Key Genes Affecting Swine Fat Deposition [J]. Plos One, 2015. 10(4): e0122396.

　　[ 3 ] Z A M B O N E L L I P , G A F F O E , ZAPPATERRA M, et al. Transcriptional profiling of subcutaneous adipose tissue in Italian Large White pigs divergent for backfat thickness [J]. Animal genetics, 2016. 47(3): 306-323.

　　作者：黄全奎1 ，周松峰1 ，邢 凯2 ，白云华3*

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