973项目20xxcb941600-畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控机制研究

973项目20xxcb941600-畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控机制研究内容摘要：

究，而对在猪和鸡的肌肉与脂肪发育过程中，各种调控基因与调控因子产生 “程序化 ”作用的过程及其分子机制尚不清楚，对 局部微环境中各种信号分子产生作用 的信号通路与分子机制亦有待阐明 ，对 基因转录调控的表观遗传学研究十分缺乏。 本项目在前期基础上，对在肌肉和脂肪细胞分化过程中，外周信号分子调控信号转导通路、表观遗传和功能基因表达的调控网络展开系统深入的研究，在研究内容及关键问题的选择上有明显创新。 目前对肌肉与脂肪发育及其调控机理的认识主要来自对鼠和斑马鱼等模式实验动物。 根据已有的报道及本项目组的前期研究结果，提示猪、鸡肌肉与脂肪细胞分化的转录调控因子及其调控机制与鼠等模式试验动物有所不同，猪和鸡的肌肉与脂肪发育调控在一些方面可能比鼠更近似于人类。 猪和鸡作 为主要的家养动物，经过长期驯化，已经形成各种不同遗传背景的经济品系，其肌肉和脂肪的生长发育模式形成了自然的差异。 本项目选择猪和鸡作为实验动物模型，不仅可以弥补其它模式动物研究的许多不足，而且可以从比较生物学的角度深入探讨肌肉和脂肪发育调控分子机制与进化。 这对发育生物学和临床医学的基础研究具有重要的理论意义，同时也将为我国优良种质资源的保护和开发以及肉产品品质的提高提供更直接的理论依据。 因此 ，本研究在研究对象的选择上具有一定的创新。 随着新的分子细胞生物学研究方法的变革和技术创新，功能基因组学、RNA 组学、蛋白质组学、代谢组学和生物信息学发展的各种研究手段，为高通量的筛选与检测工作提供了技术保障。 本项目在传统发育生物学研究的基础上，运用蛋白质飞行时间质谱，染色质免疫共沉淀芯片，核酸和蛋白质芯片，时间分 11 辨荧光分析， RNAi 技术， miRNA 研究技术，以及病毒载体介导的转基因动物模型等先进方法手段，解决发育生物学的基本问题，与以往单个基因的局部功能研究相比，在研究方法和研究思路上具有明显创新。 （三）课题设置 课题设置的思路 骨骼肌和脂肪的发育是 DNA 遗传基础上一系列功能基因表达调控的复杂分子事件。 生命科学的研究进展表明，基因表达的调控在多个层面上受到多种因素的作用，从单一层面或研究单一因子的作用只能获得有限和片面的信息，在各个水平上展开高通量平行研究是取得突破的关键。 本项目根据 骨骼肌和脂肪的发育的基本过程和基因表达的调节网络层次 拟设置 4 个课题：（ 1）骨骼肌和脂肪干细胞的自我更新和分化的分子机制；（ 2）非编码 RNA 在骨骼肌和脂肪组织分化过程中的分子调控机制；（ 3）骨骼肌和脂肪发育过程中功能基因与细胞代谢的分子调控网络；（ 4）品系间骨骼肌和脂肪发育差异的分子遗传学机制。 2. 课题之间的相互关联 本项目 设置的 4 个课题从不同研究层次阐明骨骼肌和脂肪干细胞分化、组织生长发育的分子调控机制，虽然各有侧重但彼此紧密关联。 其中，课题 1 所建立的细胞诱导分化模型以及确定的细胞分化阶段的分子标志为课题 4 研究的重要基础；课题 2 有关非编码 RNA 的研究和课题 3 中对功能基因与细胞代谢网络的解析，直接解释细胞各分化阶段标志蛋白启动表达的分子机制，为课题 1的研究深入提供参考；课题 2 揭示的非编码 RNA 的调控作用还是对课题 3 调节网络认识的补充；课题 4 主要阐明中不同 DNA 遗传背景动物课题 3 过程发展和机制发生的差异，进一步深 化对其研究结果的认识，同时课题 4 的研究又需要以课题 3 研究对细胞分化分子调控通路的认识为基础。 课题研究内容 和目标 12 课题 骨骼肌和脂肪干细胞的自我更新和分化的分子机制 主要研究内容 研究骨骼肌和脂肪干细胞的诱导分化和分子事件 研究猪、鸡胚胎期肌肉和脂肪胚胎干细胞和不同来源成体干细胞的分离与鉴定方法；研究完善猪、鸡肌肉和脂肪胚胎与成体干细胞的体外培养方法；和定向分化诱导方法。 运用基因表达谱芯片、荧光定量 PCR 和蛋白质组学方法等方法分析骨骼肌和脂肪干细胞分化过程中的基因表达的特异性变化，筛选骨骼肌和脂肪干细胞分化过程中的标志分子和功能作用基因，同时研究他们在不同品种（品系）猪、鸡骨骼肌和脂肪干细胞分化过程中的表达差异。 关键功能基因在骨骼肌和脂肪干细胞的分化过程中的作用及信号转导通路 采用 RNAi 和过表达技术确定候选基因在骨骼肌 和脂肪干细胞分化过程中的功能；采用报告基因和信号转导通路调控策略研究这些关键功能基因的作用及其作用的信号通路。 研究这些基因功能的转录调控及其遗传学和表观遗传学机制。 外周信号分子的作用及其调控关键功能基因的细胞信号通路 研究内分泌、旁（自）分泌等信号分子对选定基因表达的调控作用及对表观遗传学修饰作用的影响；采用特定细胞内信号转导通路激动剂和阻断剂处理，研究信号分子调控作用的跨膜转导通路，探讨信号分子之间可能存在的相互作用模式。 miRNA 鸡培育（根据 评审反馈意见增列） 研究提高同源重组、抑 制随机整合、去除冗余外源序列的转基因鸡载体技术，研究提高转基因鸡效率基因（ miRNA) 导入技术和 miRNA 对特定基因沉默效率控制技术，建立 miRNA 鸡的培育方法。 主要研究目标 13 建立猪、鸡肌肉与脂肪胚胎干细胞和成体干细胞库。 包括不同品种（品系）和不同组织来源的干细胞。 建立猪、鸡肌肉与脂肪胚胎干细胞和成体干细胞的体外培养和诱导分化模型。 发掘干细胞自我更新和分化过程中的分子标志与重要功能基因 5 种以上。 阐明猪、鸡骨骼肌和脂肪干细胞分化过程中 3－ 5 种关键基因的功能作用，及其下游信号通路。 揭示 3－ 5 种关键功能基因在干细胞分化中功能的表观遗传学控制机制，及其细胞外信号分子调控通路。 建立 miRNA 鸡的培育技术与方法。 发表 SCI 论文 10 篇以上， IF5 论文 5 篇以上；申请发明专利 12 项；培养博士研究生 57 人，硕士研究生 1215 人，博士后研究人员 13 人。 承担单位： 厦门大学 课题负责人： 袁立 经费比例： 31％ 课题 非编码 RNA 在骨骼肌和脂肪组织分化过程中的分子调控机制 主要研究内容 肌肉和脂肪相关 miRNA 的鉴定 首先建立具有品系代表性的猪、鸡非编码 RNA 文库，鉴 定肌肉和脂肪相关miRNA 及 miRNA clusters，分别研究其在肌肉和脂肪干细胞分化过程中的表达模式，确定 miRNA 分子可能调控的靶基因。 miRNA 在脂肪和肌肉胚胎发育中的生物学功能研究 14 分析特定 miRNA 在猪和鸡胚胎发育中表达的时间和部位；研究该 miRNA对体节发生和肌肉祖细胞、间充质细胞进一步分化的影响，从而确定一些 miRNA与骨骼肌和脂肪发育之间的关系。 miRNA 对骨骼肌和脂肪干细胞增殖、分化的调节 在体外培养的原代成肌细胞（ myoblast）、肌卫星细胞（ satellite cell）、间充质细胞和脂肪前体细胞中超表达或 Knockdown 特定 miRNA，通过形态学观察和细胞增殖分化的标志基因（ marker）的表达情况，探讨 miRNA 对成肌细胞生物学功能的影响。 miRNA 对介导肌肉和脂肪系统发育的信号传导通路的调节 探讨在肌肉和脂肪发育中具有调控作用的 miRNA 对信号传导通路的影响，建立miRNA 和蛋白质共同介导的对肌肉发育调控的信号传导通路。 主要研究目标 建立我国特征品系畜禽的骨骼肌和脂肪细胞的 miRNA 文库； 确定新发现的 miRNA 在肌肉、脂肪发育过程中的时空 表达谱，尤其是 miRNA在骨骼肌和脂肪发育过程中的表达谱，并阐明其对靶基因转录的调控作用； 阐明 5 种以上 miRNA 对骨骼肌和脂肪干细胞增殖、分化过程中的调控机制。 发表 SCI 文章 10 篇，其中 IF5 论文 5 篇；申请相关专利 23 项；培养博士研究生 57 人，硕士研究生 1012 人，博士后研究人员 13 人。 承担单位： 南京大学 课题负责人： 朱敏生 经费比例： 24％ 15 课题 骨骼肌和脂肪发育过程中功能基因与细胞代谢的分子调控网络 主要研究内容 骨骼肌和脂肪发育关键转录调控因子的鉴定 运用表达谱芯片等 技术研究肌肉和脂肪细胞分化过程中基因表达模式的变化，同时结合生物信息学比较、基因克隆、染色体定位及过量表达等技术，对细胞分化及干。