秦川肉牛PAI 1基因生物信息学分析及其对肌内脂肪细胞增殖和分化的影响

作     者：张殿琦 马鑫浩 杨志梅 梅楚刚 昝林森 ZHANG Dianqi;MA Xinhao;YANG Zhimei;MEI Chugang;ZAN Linsen

作者机构：西北农林科技大学动物科技学院杨凌712100 国家肉牛改良中心杨凌712100 

出 版 物：《中国畜牧兽医》 (China Animal Husbandry & Veterinary Medicine)

年 卷 期：2023年第50卷第5期

页      面：1729-1741页

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 071007[理学-遗传学] 

基　　金：国家自然科学基金(31972994) 国家肉牛牦牛产业技术体系(CARS-37) 中央引导地方科技发展专项(2060404-51301)。 

主　　题：秦川肉牛 PAI 1基因 生物信息学 肌内脂肪细胞 

摘      要：【目的】对秦川肉牛纤溶酶原激活物抑制剂1(plasminogen activator inhibitor 1,PAI1)基因进行生物信息学分析,检测PAI 1基因在秦川肉牛不同组织中的表达水平并研究其功能,为秦川肉牛肌内脂肪沉积的分子育种提供理论依据。【方法】以分离自秦川肉牛背最长肌的肌内脂肪细胞为试验材料,PCR扩增PAI 1基因CDS区,对所获序列进行相似性分析及系统进化树构建,并通过生物信息学软件预测其编码蛋白的结构和功能。通过实时荧光定量PCR检测PAI 1基因在秦川肉牛不同组织中的表达量。合成PAI 1基因siRNA并转染秦川肉牛肌内脂肪细胞,试验分为两组:对照组(NC)和干扰组(si-PAI1),通过EdU染色、CCK-8检测、流式细胞术、油红O染色观察表型变化,采用实时荧光定量PCR及Western blotting检测转录和翻译水平标志基因(PCNA、CDK1、CCND2、PPARG、PLIN2、FABP4)的表达。【结果】试验成功扩增出PAI 1基因CDS区,大小为1054 bp。牛PAI 1基因氨基酸序列与水牛、山羊、人、小鼠、绵羊、黑猩猩的相似性分别为96.8%、95.8%、85.3%、76.9%、95.8%和85.3%。系统进化树表明,牛与水牛的亲缘关系最近,与小鼠的亲缘关系最远。生物信息学分析发现,细胞周期相关激酶参与了PAI 1基因的磷酸化修饰;PAI1蛋白二级结构主要以α-螺旋和无规则卷曲为主;PAI 1基因启动子上游2000 bp存在成脂相关转录因子的结合位点。实时荧光定量PCR结果发现,PAI 1基因在秦川肉牛各组织中均有表达,其中在肾周脂肪中的表达量最高,在背最长肌中的表达量最低。干扰PAI 1基因后,与对照组相比,干扰组处于增殖期的细胞数量明显增多,CDK 1、PCNA和CCND 2基因mRNA表达水平极显著或显著上调(P0.01;P0.05),CDK1和PCNA蛋白表达水平明显增加。随着肌内脂肪细胞的分化,与对照组相比,干扰组脂滴数量明显增加,PPARγ、PLIN 2和FABP 4基因mRNA表达水平均极显著上调(P0.01)。【结论】PAI 1基因在物种间的保守性较强,可能通过磷酸化和转录因子参与肌内脂肪细胞的增殖和分化,干扰PAI 1基因可促进肌内脂肪细胞的增殖和分化,提示该基因可能对肌内脂肪的沉积有重要的调控作用。