近日，Molecular Therapy-Nucleic Acids（IF=7.032; Top10%）同時(shí)在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院王鋒教授團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)在山羊胚胎克隆與湖羊多胎機(jī)理方面的取得的重要研究進(jìn)展。
lncRNA調(diào)控克隆胚胎重編程的表觀遺傳機(jī)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(jī)制，對(duì)于提高克隆胚胎發(fā)育能力和轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物生產(chǎn)效率具有重要指導(dǎo)意義。
在過(guò)去的幾十年時(shí)間里，克隆技術(shù)已在多種動(dòng)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(tuán)隊(duì)已于2011年獲得了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)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(kù)，然而lncRNA數(shù)量眾多，功能復(fù)雜，其通過(guò)何種機(jī)制調(diào)控克隆胚胎重編程尚不清楚。
本研究中，王鋒教授團(tuán)隊(duì)證實(shí)組蛋白H3K4me3也是山羊克隆胚胎重編程的關(guān)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(cè)序技術(shù)詳細(xì)地分析了lncRNA在山羊克隆胚胎ZGA過(guò)程中的表達(dá)規(guī)律，并以Kdm5b等表觀遺傳因子為核心基因構(gòu)建lncRNA-mRNA互作網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合干擾實(shí)驗(yàn)和生物信息學(xué)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(dá)，可以提高Kdm5b表達(dá)水平，降低克隆胚胎H3K4me3修飾，進(jìn)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(duì)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(yīng)用價(jià)值。
該研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院江蘇省家畜胚胎工程實(shí)驗(yàn)室為第一單位。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)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(wàn)永杰副教授為本文的共同第一作者。項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金（31672422，31972569）項(xiàng)目的資助。
lncRNA調(diào)控湖羊多胎機(jī)理的重要研究進(jìn)展
團(tuán)隊(duì)首次將基因型和繁殖力精準(zhǔn)配對(duì)，在低繁FecB+湖羊卵巢中篩選并鑒定出一個(gè)新的轉(zhuǎn)錄本lncRNA-FDNCR，通過(guò)體外功能驗(yàn)證和機(jī)制探索等系列試驗(yàn)，闡明了lncRNA FDNCR介導(dǎo)DCN/TGF-β通路參與多胎湖羊卵泡發(fā)育的調(diào)控機(jī)制。此研究成果將為解析并完善湖羊多胎機(jī)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(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)，對(duì)加快肉羊分子育種具有現(xiàn)實(shí)意義。
湖羊作為我國(guó)寶貴的遺傳資源保護(hù)品種，以“多胎、全年發(fā)情”而著稱，已被廣泛引進(jìn)到全國(guó)各地進(jìn)行擴(kuò)繁和雜交育種，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)肉羊生產(chǎn)最受歡迎的母本品種，也是研究多胎機(jī)理的理想對(duì)象。同時(shí)，湖羊是世界上少數(shù)幾個(gè)攜帶FecB（fecundity booroola）基因（與排卵相關(guān)主效基因）的綿羊品種，攜帶該基因已成為多胎性的重要標(biāo)志。但在實(shí)際生產(chǎn)中，王鋒教授團(tuán)隊(duì)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(xì)的調(diào)控機(jī)制。
探究lncRNA和miRNA調(diào)控多胎湖羊卵泡發(fā)育的作用機(jī)制是當(dāng)前肉羊繁育的研究熱點(diǎn)。本團(tuán)隊(duì)首次將基因型與繁殖力精準(zhǔn)配對(duì)，以不同基因型的高低繁湖羊卵巢為研究對(duì)象，采用RNA-Seq技術(shù)對(duì)其進(jìn)行l(wèi)ncRNA測(cè)序，發(fā)現(xiàn)新轉(zhuǎn)錄本MSTRG.98424.7在FecB+低繁湖羊組中高表達(dá)，通過(guò)RACE技術(shù)發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)錄本總長(zhǎng)為1631 nt，采用FISH技術(shù)發(fā)現(xiàn)主要定位于湖羊卵巢顆粒細(xì)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(guān)，因此將其命名為FDNCR （Follicular development-associated lncRNA），進(jìn)一步通過(guò)RIP、FISH等技術(shù)探索FDNCR-DCN軸、FDNCR-miR-543-3p軸、miR-543-3p-DCN軸的形成機(jī)制及功能驗(yàn)證，結(jié)果表明：lncRNA FDNCR通過(guò)吸附miR-543-3p，減弱miR-543-3p對(duì)DCN基因表達(dá)的抑制作用，進(jìn)而增強(qiáng)DCN基因?qū)GF-β通路相關(guān)基因的抑制作用，最終促進(jìn)湖羊顆粒細(xì)胞的凋亡，揭示了lncRNA FDNCR介導(dǎo)DCN/TGF-β通路參與多胎湖羊卵泡發(fā)育的調(diào)控機(jī)制。
該研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院江蘇省家畜胚胎工程實(shí)驗(yàn)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(guó)家自然科學(xué)基金（31872357；32002174）、中央高校基本科研項(xiàng)目（KYYJ202001）的資助。近幾年，王鋒教授團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)關(guān)注多胎湖羊新品系的選育及特色性狀關(guān)鍵基因的挖掘工作，于2019年成立了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)湖羊研究院。3年內(nèi)先后派出5位研究生輪流進(jìn)駐國(guó)家級(jí)湖羊種羊場(chǎng)，根據(jù)遺傳背景、生產(chǎn)性能測(cè)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(shù)在湖羊下丘腦-垂體-卵巢軸以及子宮上進(jìn)行DNA甲基化和lncRNA系統(tǒng)性的篩選和功能驗(yàn)證，系統(tǒng)揭示了湖羊多胎機(jī)理。
鏈接：https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.02.016；https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.02.030
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