Myostatin基因编辑蒙古牛季节表型组和转录组研究

作     者：李雪峰 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李光鹏

授予年度：2023年

学科分类：0905[农学-畜牧学] 09[农学] 

主      题：蒙古牛 Myostatin 基因编辑 季节 

摘      要：蒙古牛是蒙古高原牧区的主要特色品种,具有抗寒、抗病和耐粗饲的特性。然而蒙古牛的产肉性能较差,严重影响了该品种开发利用,与现代肉牛产业的要求不相符。肌肉生长抑制素(Myostatin,MSTN)是骨骼肌发育的负调控因子,MSTN基因突变能够增加牛的肌肉量,形成“双肌表型。本课题组利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,对蒙古牛的MSTN基因进行了敲除编辑,形成了一定规模的高产“双肌·蒙古牛新品种(系)。然而,基因编辑蒙古牛是否保留原品种的高适应性还未知。本研究选取双肌蒙古牛(MT)和普通蒙古牛(WT),对春夏秋冬四季中生长表型、血常规和生理生化等指标进行对比分析。此外,通过转录组测序对比MT蒙古牛和WT蒙古牛,在基因表达层面探究适应性机制相关基因。主要结果如下:1.MT蒙古牛和WT蒙古牛四季生长表型对比研究。MT牛的ADG在各个季节均高于WT蒙古牛,其中冬季MT牛的ADG最高,达到0.84 kg/天(提高了约133%)。MT蒙古牛的体高、十字部高和髋高相比WT蒙古牛在一年四季均显著提高,其中体高和十字部高在秋季提高最多,体高从77.33 cm提升到103.67 cm,十字部高从88.67 cm提升到105.33 cm;髋高在春季提高最多,从88 cm提升到106.67 cm。MT蒙古牛肩宽和髋宽相比WT蒙古牛在夏季提高最多,MT蒙古牛肩宽为25.44 cm,WT牛为21.7 cm;MT蒙古牛髋宽27.68 cm,WT蒙古牛24.33 cm。以上结果表明MT蒙古牛冬季的生长能力最优异,躯体表型更符合肉牛发展的要求。2.MT蒙古牛和WT蒙古牛四季血常规、血清免疫以及生理生化对比研究。血常规和血清免疫结果显示,在各个季节内的MT蒙古牛和WT蒙古牛绝大部分指标没有明显差异。血清生理生化结果说明肝功能和肾功能相关指标没有差异,血糖水平在不同季节有差异,其中夏季(3.18 mmol/L)和冬季(2.53 mmol/)显著低于其他季节,但在MT蒙古牛和WT蒙古牛之间没有显著差异;脂代谢指标中高密度脂蛋白(HDL)和甘油三酯(TG)受季节因素显著影响,其中HDL和TG冬季显著低于其他季节,为1.2 mmol/L和0.2 mmol/L,但在MT蒙古牛和WT蒙古牛之间没有显著差异。CHOL在不同季节下的差异并不明显,在冬季MT蒙古牛CHOL水平显著低于WT蒙古牛,MT蒙古牛为1.76 mmol/L,WT蒙古牛为3.58 mmol/L。以上结果表明,MT蒙古牛没有健康方面的问题,也具有WT蒙古牛适应性强的特性,同时糖代谢和脂代谢在冬季发生显著变化。3.MT蒙古牛和WT蒙古牛冬季转录组对比研究。以上结果得知,MT蒙古牛在冬季生长性能最优,并且糖代谢和脂代谢也在冬季有显著变化。为了进一步揭示MT蒙古牛在冬季生长性能显著提高、糖代谢和脂代谢发生显著变化的原因,对冬季两种牛进行转录组测序。转录组结果显示,MT蒙古牛和WT蒙古牛之间共鉴定出2669个显著差异基因,其中表达量上调的基因有1192个,下调的基因有1477个。差异基因主要富集如PI3K-Akt、MAPK、PPAR和TGF-β等信号通路,已有研究报道这些信号通路可以调节糖代谢和脂代谢。其中PPAR和TGF-β信号通路在MT蒙古牛中是上调的,表明冬季MT蒙古牛糖代谢和脂代谢的变化与这两条通路有关。以上结果表明,MT蒙古牛的生长性能相比WT蒙古牛均有提高,尤其在冬季更为显著。同时MT蒙古牛没有健康方面的问题,也具有WT蒙古牛适应性强的特性。MT蒙古牛的糖代谢和脂代谢在冬季发生显著变化,揭示了MT牛冬季ADG最高的原因。最终对冬季两种牛骨骼肌进行转录组,同样富集到与代谢相关的信号通路,为本研究提供了数据支持。