CN110904246A - 与肌内脂肪相关的分子标记及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分子标记技术领域,具体涉及与肌内脂肪相关的分子标记及其应用。本发明利用10×Genomics单细胞RNA测序技术检测不同发育阶段的鸡肌肉细胞和肌内脂肪细胞的转录组,筛选获得肌内脂肪组织特异性表达基因,进一步进行原位表达验证和扩群验证,证明载脂蛋白A1基因可作为肌内脂肪组织的特异性分子标记。载脂蛋白A1可用于鉴定肌内脂肪组织以及评价肌内脂肪含量,具有较高的特异性和准确性,在肌内脂肪含量调控相关的分子标记辅助育种中具有重要的应用价值,对于培育具有优良肉品质性状的家禽品种和肉品质的改良具有重要意义。

Description

与肌内脂肪相关的分子标记及其应用
技术领域
本发明涉及分子标记技术领域,具体涉及与肌内脂肪相关的分子标记载脂蛋白A1(APOA1)及其应用。
背景技术
肌内脂肪(IMF)是影响肉品质的重要因素之一,IMF是由肌内脂肪组织和肌纤维中的脂肪组成,含有大量的磷脂,磷脂携带大量的多不饱和脂肪酸,可通过脂质降解反应产生香味,改善肉的风味,且IMF的沉积可使肌肉中肌纤维、脂肪和***相互交叉结构疏松,从而减小物理强度,促进肌肉纤维束的分离,改善肌肉嫩度。因此,适当提高动物的肌内脂肪含量对于肉品质的改善具有重要意义。
鸡肉已成为世界第一大消费肉类,2017年鸡肉消费占肉类总比重的32.63%。近年来,长期以生长速度和繁殖性能为重点的育种方式,导致肉品质明显下降,制约了肉鸡产品特色的发挥和市场消费的增长。与猪、牛等大动物不同,鸡的IMF组织肉眼难以识别,解剖学上无法分离,很难对其IMF组织进行特异性研究和评价。鸡IMF组织的鉴别和含量检测的困难,对以提高肉品质为目标的肉鸡育种和生产提出了严峻的考验。因此,开发肌内脂肪细胞相关的分子标记对于具有优良肉品质动物的育种以及提高肉品质具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术中的技术问题,本发明的目的在于提供与肌内脂肪相关的分子标记载脂蛋白A1及其应用。
为实现上述目的,本发明通过利用10×Genomics单细胞RNA测序技术,检测不同发育阶段的鸡胸肌组织分离的肌肉细胞和脂肪细胞混合细胞群,对获得转录组数据进行数据处理,分析肌肉细胞和脂肪细胞的转录组差异,筛选肌肉细胞和脂肪细胞差异表达基因,初步确定了IMF特异性表达的候选标识基因;进一步利用RNAscope原位表达检测技术定性检测候选标识基因的原位表达情况,以已知的肌肉细胞发育分子标记和脂肪细胞发育分子标记分别作为阴性对照和阳性对照,在候选基因中确定载脂蛋白A1在IMF与肌肉组织之间存在明显的差异表达;最后通过荧光定量PCR在更多群体中对载脂蛋白A1表达与IMF含量的相关性进行验证,确定载脂蛋白A1可作为IMF的特异性分子标记,用于评价IMF的含量高低。
具体地,本发明的技术方案如下:
第一方面,本发明提供载脂蛋白A1或其编码基因作为肌内脂肪细胞特异性分子标记的应用。
第二方面,本发明提供载脂蛋白A1、其编码基因或检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品在分析肌内脂肪含量中的应用。
所述分析肌内脂肪含量具体可为判断肌内脂肪含量的高低。
第三方面,本发明提供载脂蛋白A1、其编码基因或检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品在辅助鉴别肌内脂肪组织或肌内脂肪细胞中的应用。
第四方面,本发明提供载脂蛋白A1、其编码基因或检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品在禽类肌内脂肪含量调控的分子标记辅助育种中的应用。
第五方面,本发明提供载脂蛋白A1、其编码基因或检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品在提高禽类肌内脂肪含量或改善肉品质中的应用。
本发明中,所述载脂蛋白A1为非人动物的载脂蛋白A1或其突变体。
优选地,所述载脂蛋白A1为禽类载脂蛋白A1或其突变体。
所述禽类载脂蛋白A1的编码基因具体可为Genbank登录号为NM_205525.4的基因。
本发明中,所述检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品包括利用PCR技术、杂交技术、芯片技术或高通量测序技术检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品。
利用PCR技术检测载脂蛋白A1编码基因表达的产品至少包括用于特异性扩增载脂蛋白A1编码基因的引物和/或探针。利用杂交技术检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品可包括与载脂蛋白A1或其编码基因特异性结合的抗体或核酸。利用芯片技术检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品可包括蛋白芯片或核酸芯片。
具体地,利用PCR技术检测载脂蛋白A1编码基因表达的产品包括如SEQ ID NO.1-2所示的引物。
本发明所述应用包括通过检测所述载脂蛋白A1或其编码基因的表达水平,判断肌内脂肪含量的高低。
具体地,若待检测样品的载体蛋白A1或其编码基因的表达水平显著高于对照样品,则与对照样品相比,待测样品中肌内脂肪的含量较高。
本发明中,所述禽类包括但不限于鸡、鸭、鹅、火鸡、鸽、鹌鹑等。优选为鸡。
第六方面,本发明提供一种检测动物肌内脂肪含量高低的方法,包括:检测所述动物的载脂蛋白A1或其编码基因的表达水平,根据载脂蛋白A1或其编码基因的表达水平判断所述动物的肌内脂肪含量的高低;所述动物为禽类。所述禽类包括但不限于鸡、鸭、鹅、火鸡、鸽、鹌鹑等。更优选地,所述禽类为鸡。
所述判断是否含有肌内脂肪或肌内脂肪含量高低的标准如下:若待检测样品的载体蛋白A1或其编码基因的表达水平显著高于对照样品,则与对照样品相比,待测样品中肌内脂肪的含量较高。
本发明的有益效果在于:
本发明发现载脂蛋白A1在鸡肌内脂肪细胞中特异性表达,其在鸡的各个生长阶段的胸肌组织中表达,在胸肌组织中的原位表达与已知脂肪特异性分子标记基因一致,而与肌肉细胞分子标记基因的表达分布明显不同。载脂蛋白A1可作为肌内脂肪的分子标记,用于鉴定肌内脂肪组织以及评价肌内脂肪含量,具有较高的特异性和准确性,在肌内脂肪含量调控相关的分子标记辅助育种中具有重要的应用价值,对于培育具有优良肉品质性状的动物品种和肉品质的改良具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例1中5日龄的4723个细胞的细胞分群t-SNE分析。
图2为本发明实施例1中100日龄的1825个细胞的细胞分群t-SNE分析。
图3为本发明实施例2中RNAscope原位杂交验证胸肌组织基因表达及空间异质性;其中,箭头指示处为部分APOA1与阳性对照脂联素基因ADIPOQ标记基因的共定位的信号。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的,并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下,可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1基于10×Genomics单细胞RNA测序技术获得鸡肌内脂肪细胞特异表达基因APOA1
由于鸡IMF脂肪组织无法分离,普通转录组测序技术无法实现对鸡IMF组织的特异性分析,而10×Genomics单细胞RNA测序技术基于Gemcode微流体平台,可以将单个IMF细胞与含有10×barcode信息的凝胶珠包裹在有油滴内,形成一个“油包水”的结构,(GEMs),在GEMs中细胞裂解释放mRNA,通过逆转录产生用于测序的cDNA,通过高通量测序得到单个细胞的基因表达情况。
1、实验动物和测序样本准备
(1)实验动物:以生长初期(5日龄)和成体期(100日龄)IMF上选系京星黄鸡(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所昌平试验基地提供)为实验动物。
取生长初期(5日龄)及成体期(100日龄)鸡胸肉各10g,提取原代肌肉细胞和肌内脂肪细胞,制成单细胞混合悬液,具体方法如下:
将取出的新鲜鸡胸肉在PBS中洗2-3次,剔除筋膜和血,后剪碎成乳糜状,将剪好的样品与浓度为0.1%的I型胶原酶消化液,按比例混合(组织与I型胶原酶消化液的体积比如下:5日龄鸡胸肉为1:10,100日龄鸡胸肉为1:5混合),然后置于37℃,70r/min,空气浴震荡进行消化,其中5日龄鸡胸肉消化80min,100日龄鸡胸肉消化40min;消化后,在消化好的粘稠状混合液中等体积加入完全培养基终止消化,并置于离心机中以1500r/min的速度离心10min,得到上层液体和底部沉淀。上层液体顶部飘着的油花即为肌肉组织内脂肪细胞,小心吸取离心后液体的最上层油花2ml,置于15ml离心管中保存;将剩下的液体及沉淀依次过100、200、400、600、600目细胞过滤筛,然后将所得的液体再离心机中1500r/min离心10分钟,所得沉淀即为肌肉细胞。用2ml的PBS溶液将肌肉细胞悬浮并装在15ml离心管中保存。利用Countess II Automated Cell Counter仪器进行细胞数量和浓度检测,活细胞浓度>4×105
将以上获得的肌肉细胞和脂肪细胞按1:3比例混合,制备为单细胞混合悬液。送公司质检,进行细胞计数和细胞活率检测,细胞活性高于80%,将单细胞混合悬液调成1000个/μl。
(2)基于10×Genomics单细胞RNA测序技术分析并筛选肌内脂肪特异性表达基因
目标为每个样品捕获3000个细胞,应用10×Genomics平台构建测序文库:基于Gemcode微流体平台,将单个细胞与含有10×barcode信息、酶和引物的凝胶珠包裹在油滴内,形成GEMs,在GEMs中细胞裂解释放mRNA,并通过逆转录产生cDNA,cDNA与10×barcode连在一起,然后进行上机测序。使用Illumina HiSeq 4000进行测序单细胞转录组,文库构建和测序均使用标准技术流程。
经过标准的数据清洗过程后,两阶段单细胞测序一共捕获到13452个细胞的转录组,包括5日龄(D5)8948个细胞,100日龄(D100)4504个细胞。在D5中共检测到13,725个基因,平均每个细胞有826个UMI(唯一标识符),表达264个基因。在D100中共检测到10917个基因,平均每个细胞218个UMI,表达107个基因。由于不同样本细胞的基因数,以及表达的基因情况不同,且线粒体基因在细胞中表达的比例过高时将影响细胞分群,因此,针对每个样本选取不同的过滤阈值进行线粒体基因过滤,具体过滤条件如表1所示。使用R包Seurat将异常细胞剔除,过滤后D5剩余4723个细胞,D100剩余1825个细胞用于后续分析。
与鸡Gallus_gallus_5.0参考基因组比对,选择唯一比对序列,并对UMI进行校正,以获得有效的细胞计数。将数据进行PCA分析,通过对各个成分进行分析确定细胞真正的维度,选定后利用Graph-Based方法对过滤后D5所剩的4723个细胞和D100所剩的1825个细胞进行细胞分群。将各细胞亚群表达的全部特征基因,分别通过KOBAS 3.0进行KEGG富集,以及R包clusterProfiler进行基因本体论富集,分析各细胞亚群的功能,确定其中的脂肪细胞亚群。结果如图1所示,D5一共分为10个细胞亚群,其中5个亚群(亚群0,1,3,5,6)为成肌细胞群,在这5个亚群中分别表达Myf5,MYOD1,MYOG等成肌细胞分化各时期的标志基因;2个亚群(亚群2,8)为脂肪细胞群,其中亚群2的特征基因富集到PPAR信号通路和Wnt信号通路等脂肪沉积相关通路。
如图2所示,D100一共聚类为7个细胞亚群(亚群1,2,3,4,5,6,7),与D5相比各细胞亚群边界更加明显,分化更加完全。其中细胞亚群4为成肌细胞群,特异表达Myf5;细胞亚群5为脂肪细胞群,其特征基因富集到PPAR信号通路和Wnt信号通路。其余未命名亚群的为未知亚群。
表1 5日龄、100日龄细胞过滤标准
Figure BDA0002334726680000071
进一步在5日龄脂肪细胞群(亚群2,8)和100日龄脂肪细胞群亚群5中筛选共性表达、且在脂肪细胞群中属于表达量排名前20的高表达基因,作为IMF标识基因的候选基因。
实施例2利用RNAscope原位杂交技术验证不同生长阶段肌肉组织中APOA1分子标记的表达及分布
对实施例1获得的IMF特异性标识基因的候选基因进行RNAscope原位杂交验证其在胸肌组织中的原位表达情况,以已知的肌细胞发育标识基因和脂肪细胞发育标识基因分别作为阴性对照和阳性对照。
RNAscope检测方法为ACD标准流程,简要描述实验方法如下:
(1)实验动物和实验样本的准备
生长初期(5日龄)京星黄鸡(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所昌平试验基地提供)。取胸肌组织样本迅速放入新鲜的10%中性***溶液中,常温下固定16-32个小时后进行石蜡包埋切片。
(2)IMF特异性标识候选基因及对照基因的表达及分布验证利用美国AdvancedCell Diagnostics(ACD)公司RNAscope多通道二代荧光试剂盒(货号323100)可视化固定于载玻片上的RNA靶标,配合使用RNAscope多通道二代荧光检测配套试剂盒(货号323120)以及对应的种属特异性荧光对照探针(货号453371,508921)检测目标RNA。通过特异性双Z探针(货号571871,571861,590311)分别与候选基因、生肌调节因子5基因(Myf5)和脂联素基因(ADIPOQ)杂交,配以自身级联放大检测原理进行信号放大。通过荧光显微镜观察靶标RNA在胸肌组织中的表达和分布关系。
经RNAscope原位杂交检测确定载脂蛋白APOA1可作为IMF标识基因。载脂蛋白APOA1基因的RNAscope原位杂交检测结果如图3所示,结果表明,在相同的视野下,肌细胞基因Myf5在细胞核中表达,已知脂肪细胞基因ADIOPQ和本发明筛选的新标识基因APOA1在细胞膜和细胞外基质中均有表达,且在细胞膜上存在共定位。即APOA1的原位表达情况与已知脂肪细胞特异标识基因ADIPOQ一致,而与肌肉特异性标识基因MYF5则明显不同。综上,APOA1可作为IMF的新的特异性分子标记。
实施例3利用不同群体验证APOA1基因作为IMF的分子标记
进一步对实施例2验证确定的IMF分子标记基因APOA1进行扩群验证,具体方法如下:
中国鸡种主要包括两大类,地方黄羽肉鸡品种/品系和引进快大型白羽肉鸡品种/品系。以上实施例1和2中的筛选是在地方黄羽肉鸡品系中进行,为了进一步确定APOA1基因可作为IMF分子标记,本发明采集引进快速型科宝肉鸡(42天上市日龄)胸肌(含IMF)样本200份,并进行胸肌甘油三酯(TG)表型测定。鸡IMF中70%-80%为TG,因此可采用TG含量判断IMF含量的高低,区分高低IMF表型组。采用GPO-PAP酶法(试剂盒购自南京建成生物工程研究所,货号A110-1-1)检测胸肌TG含量。通过TG含量检测对快速型科宝肉鸡样本进行筛选,确定了高低IMF表型组样本(n=24),两组样本表型差异如表2所示。利用荧光定量PCR检测APOA1(NM_205525.4)基因的表达水平,以已知脂肪细胞特异标识基因ADIPOQ(NM_206991.1)和肌肉特异性标识基因MYF5(NM_001030363.1)作为对照。以RPL32和β-Actin基因作为内参基因,取两个内参基因表达量的几何平均数值计算,所有基因的表达量均为相对于内参基因的相对表达量。其中,用于检测APOA1基因的引物序列如下:
SEQ ID NO.1:F:TGCGCAAGAACCTGGCGCCAT;
SEQ ID NO.2:R:TCCCTGAATTCCTGCACCAGA。
荧光定量PCR检测结果如表2所示,结果显示,高IMF表型组与低IMF表型组之间的APOA1 mRNA表达存在显著差异(P=0.043,P<0.05判断为差异显著);同样地,已知脂肪细胞特异标识基因ADIPOQ在高IMF表型组与低IMF表型组之间也存在显著的表达差异(P=0.030);而肌肉特异性标识基因MYF5表达在高IMF表型组与低IMF表型组间差异不显著(P=0.140)。结果表明,APOA1可作为IMF的新的特异性分子标记,对IMF进行鉴别和含量高低评价。
表2APOA1在快速型科宝肉鸡群体中的差异表达情况
Figure BDA0002334726680000101
虽然,上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验,对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
序列表
<110> 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所
<120> 与肌内脂肪相关的分子标记及其应用
<130> KHP191116913.2
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
tgcgcaagaa cctggcgcca t 21
<210> 2
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
tccctgaatt cctgcaccag a 21

Claims (10)

1.载脂蛋白A1或其编码基因作为肌内脂肪细胞特异性分子标记的应用。
2.载脂蛋白A1、其编码基因或检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品在分析肌内脂肪含量中的应用。
3.载脂蛋白A1、其编码基因或检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品在辅助鉴别肌内脂肪组织或肌内脂肪细胞中的应用。
4.载脂蛋白A1、其编码基因或检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品在禽类肌内脂肪含量调控的分子标记辅助育种中的应用。
5.载脂蛋白A1、其编码基因或检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品在提高禽类肌内脂肪含量或改善肉品质中的应用。
6.根据权利要求1~5任一项所述的应用,其特征在于,所述载脂蛋白A1为非人动物载脂蛋白A1或其突变体;优选地,所述载脂蛋白A1为禽类载脂蛋白A1或其突变体。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,所述禽类载脂蛋白A1的编码基因的Genbank登录号为NM_205525.4。
8.根据权利要求2~7任一项所述的应用,其特征在于,所述检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品包括利用PCR技术、杂交技术、芯片技术或高通量测序技术检测所述载脂蛋白A1或其编码基因表达的产品。
9.根据权利要求1~8任一项所述的应用,其特征在于,通过检测所述载脂蛋白A1或其编码基因的表达水平,判断肌内脂肪含量的高低。
10.一种检测动物肌内脂肪含量高低的方法,其特征在于,包括:检测所述动物的载脂蛋白A1或其编码基因的表达水平,根据载脂蛋白A1或其编码基因的表达水平判断所述动物的肌内脂肪含量的高低;所述动物为禽类。
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