动物最新转录组+甲基化联合分析研究进展

发稿时间：2018-05-18来源：天昊生物

 

近期，动物领域一系列最新研究成果见刊，并且多采用了相同研究策略：转录组+DNA甲基化联合分析。下面就跟随小编看一下这些文章的研究内容及方法，或许对您的研究有所启发。

 

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

妊娠期间母畜饮食对胎羊肌肉组织基因组甲基化和转录组数据的综合分析

发表期刊：BMC Genomics 发表时间：2018-2-6 影响因子：3.729

 

研究背景:

许多研究已经建立了母体饮食与后代生理和代谢表型之间的联系。以前研究证明了不同的母体饮食改变了绵羊胎儿组织的转录。然而，转录组变化的机制尚不清楚。DNA甲基化是一种表观遗传标记，调节转录，并在很大程度上受饮食成分的影响。因此，在本研究中，研究者测试了孕期母体不同饮食是否会造成胎儿组织中DNA甲基化和基因表达模式的改变。

研究结果：

妊娠母羊随机分为两组，从妊娠中期(第67±5天)至尸检收集胎儿第131±1天，分别饲喂干草和玉米日粮。对1516例胎儿背最长肌( LD )组织进行DNA甲基化分析和基因表达谱分析。利用甲基结合结构域富集分析的全基因组DNA甲基化揭示了干草和玉米胎儿之间的60个差异甲基化区域(DMRs)，其中39个DMRs在干草胎儿中高度甲基化，而21个DMRs在玉米胎儿中高度甲基化。对三个DMRs (LPAR 3，PLIN5-PLIN4，以及新linRNA的差异甲基化)使用亚硫酸氢盐测序进行验证，证明了这些DMRs与差异基因表达有关。此外，在单个CpG水平上发现显著的DNA甲基化差异。整合甲基化和转录组分析显示基因表达与基因间/基因内甲基化区域相关。此外，发现基因内DMRs与邻近基因的表达相关。

 

图1、基于全基因组DNA甲基化的干草和玉米绵羊胎LD肌肉主成分分析

 

图2、干草和玉米饲养母羊胎儿LD肌肉中DNA甲基化水平。a ) LPAR 3 DMR，b )PLIN5-PLIN4 DMR，c )lincRNA DMR。HF：干草喂养雌性；HM：干草喂养雄性；CF：玉米喂养雌性；CM：玉米喂养雄性；Hay：干草喂养雌雄混合；Corn：玉米喂养雌雄混合。每个序列DNA甲基化百分比=甲基化CpG位点的数目/成功测序的总数

 

图3、每个CpG位点甲基化水平。a ) LPAR 3 DMR，b )PLIN5-PLIN4 DMR，c )lincRNA DMR。HF：干草喂养雌性；HM：干草喂养雄性；CF：玉米喂养雌性；CM：玉米喂养雄性；Hay：干草喂养雌雄混合；Corn：玉米喂养雌雄混合。每个位点甲基化百分比=甲基化CpG位点的数目/成功测序的总数

 

图4、DMRs区域基因基因表达谱结果

 

图5、标准化的基因表达值

研究结论：

妊娠中晚期母畜饮食可影响胎儿组织DNA甲基化和转录组水平，并可能影响羔羊的表型。

 

文章题目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基因核心启动子区CpG甲基化对转录的调控：组蛋白H4和E2F2的作用

发表期刊：Int. J. Mol. Sci. 发表时间：2018-1-16 影响因子：3.226

 

研究背景：

DNA甲基化是基因组的一种主要表观遗传修饰，在肌肉发育中起着重要作用。SIX1基因被认为在调节骨骼肌发育中起主要作用。

研究结果：

本研究确定了牛SIX1在胎牛组(FB)和未分化秦川牛肌肉细胞(QCMCs)中的表达水平显著高于成年牛组(AB)和分化QCMCs。此外，对DNA甲基化水平的亚硫酸氢盐测序聚合酶链式反应(BSP)分析表明，牛SIX1基因的核心启动子区(216/28)的三个CpG位点在AB组和分化的QCMCs组中表现出显著更高的DNA甲基化水平。此外，研究者还发现SIX1基因核心启动子的DNA甲基化对其活性有明显的影响。电泳迁移率转移试验(EMSA)和染色质免疫沉淀(ChIP)试验结合位点定向突变和siRNA干扰，证明组蛋白H4和E2F2结合216/28区，并在发育过程中的SIX1甲基化调节中发挥重要作用。

 

图1、牛SIX1基因的表达模式分析。(a)在不同发育阶段测定SIX1 mRNA的表达。在子宫中180天以及出生后1、9、18和24个月(红线)获得胸廓最长肌样品，在诱导成肌分化后第0天(D0)、第2天(D2)、第4天(D4)、第6天(D6)和第8天(D8) (黑线)获得牛成肌样品。以GAPDH作为管家基因；(b，c)检测牛SIX1在不同发育阶段和肌肉发生阶段的蛋白表达模式

 

图2、牛SIX1基因在个体和细胞不同发育阶段的甲基化分析。(a) SIX1基因启动子的示意图。 (b)牛SIX1基因核心启动子的序列。甲基化位点用红色字母标记，假定的转录因子结合位点方框标出。(c、d)用QUMA软件分析了9个CpG位点在不同阶段的百分比。FB表示胎牛组，AB表示成年牛组；d0和D2表示QCMCs诱导阶段。每条线代表一个单独的细菌克隆，每条线代表一个CpG位点。空心圆和黑色圆分别表示未甲基化和甲基化CpG位点

 

图3、采用亚硫酸氢盐测序的方法对FB、AB、D0和D2组中SIX1基因核心区包含9个CpG位点的甲基化水平的分析结果

 

图4、作为SIX1基因核心启动子区转录抑制子的组蛋白H4和E2F 2结合位点区域DNA甲基化功能分析。(a) SIX1基因核心启动子中的序列和推定转录因子结合位点。 (b)通过未甲基化和甲基化荧光素酶报告质粒pGL3216/28分析SIX1启动子甲基化。(c)用构建体pGL3216/28和pGL3M216/28在组蛋白H4和E2F2结合位点的定点诱变构建体中进行荧光素酶测定。(d)组蛋白H4和E2F2被特异性siRNA和pcDNA3.1重组质粒敲除和过表达，并与pgl3m 216 / 28共转染C2C12细胞。pGL3216 / 28和pGL3M216/28的构建分别表示体外未甲基化和甲基化荧光素酶报告质粒。以NC siRNA和pcDNA 3.1 ( + )表达质粒为阴性对照

 

图5、电泳迁移率测定( EMSA )和ChIP-PCR分析显示组蛋白H4和E2F2在体外和体内与SIX1启动子直接结合

 

图6、牛SIX1甲基化调控机制示意图

 

研究结论：本研究结果为进一步了解牛SIX1基因甲基化和肌肉发育对其表达的调控提供了基础。

 

文章题目3：Integrated analysis of methylome, transcriptome and miRNAome of three pig breeds

3种猪甲基化、转录组和miRNA组学联合分析

发表期刊：Epigenomics 发表时间：2018-4-25 影响因子：4.541

研究意义:

甲基化和转录组的综合分析有助于了解具有不同商品性状种猪的分子基础。

研究结果:

本研究利用3种猪获得了全基因组甲基化，miRNA组和转录组数据。在此基础上，从全基因组水平上展示了这三种组学的概貌。还提供了甲基化与遗传选择、miRNA组和转录组的整合结果，并鉴定了11个与猪表型变异相关的候选差异甲基化基因。

 

图1、利用亚硫酸氢盐测序法检测的不同基因组区域的平均覆盖率。y轴是覆盖度百分比。x轴显示基因组的不同组成部分情况。ES: 恩施黑猪；LW: 大白猪；WB：中国野猪

 

图2、不同基因组区域的平均CpG甲基化水平。每个基因上游和下游的5kb区域被分成100 bp的间隔。每个编码序列被分成20个间隔(每个间隔5 % )。ES: 恩施黑猪；LW: 大白猪；WB：中国野猪；TTS：转录终止位点

 

图3、启动子区域差异甲基化区域基因GO富集分析Top 10列表结果

 

图4、差异表达基因GO富集分析结果

 

 

图5、5种基因表达水平上的DNA甲基化分布情况

 

 

图6、三个猪种基因的联合分析，统计了每种可能的基因调节组合数量和百分比。'+ '表示甲基化/ miRNA调节/表达的基因，而' - '表示未甲基化/未miRNA调节/未表达的基因。这8个可能的组合标记为A至H。ES: 恩施黑猪；LW: 大白猪；WB：中国野猪

 

研究结论:

DNA甲基化不仅能抑制转录组，而且能抑制miRNA。不同组间的数据直接或间接存在复杂的交互作用，与猪的生长、抗病、能量代谢等表型性状密切相关。

 

关于天昊

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