異なる授乳期におけるウシ肝臓の RNA シーケンシングによる乳生産形質の候補遺伝子の同定

Identification of candidate genes for milk production traits by RNA sequencing on bovine liver at different lactation stages.

• Qian Li
• Ruobing Liang
• Yan Li
• Yanxia Gao
• Qiufeng Li
• Dongxiao Sun
• Jianguo Li

抄録

背景:

乳牛の泌乳期および乳組成形質に関連する潜在的な機能遺伝子を検出するために、ホルスタイン牛のウシ肝臓トランスクリプトームを探索するために RNA シーケンシングを実施した。乾燥期（産前50日）、泌乳初期（産後10日）、泌乳ピーク（産後60日）の3頭のホルスタイン牛から採取した9つの肝臓サンプルのウシのトランスクリプトームを、Illumina HiSeq 2500プラットフォームを用いてシークエンシングした。

BACKGROUND: RNA-sequencing was performed to explore the bovine liver transcriptomes of Holstein cows to detect potential functional genes related to lactation and milk composition traits in dairy cattle. The bovine transcriptomes of the nine liver samples from three Holstein cows during dry period (50-d prepartum), early lactation (10-d postpartum), and peak of lactation (60-d postpartum) were sequenced using the Illumina HiSeq 2500 platform.

結果:

授乳初期対乾燥期、授乳ピーク対乾燥期、授乳ピーク対早期比較群では、それぞれ204、147、81の異なる発現遺伝子（DEGs、p＜0.05、偽発見率q＜0.05）が検出された。遺伝子オントロジーとKEGG経路解析の結果、これらのDEGは、PPAR、AMPKおよびp53の代謝・生合成・シグナル伝達経路に関連する特定の生物学的プロセスに有意に濃縮されていた（p＜0.05）。乳牛の乳量、乳タンパク質、脂肪形質に影響を与える10の遺伝子を、遺伝子発現の差異、これまでに報告されている定量形質遺伝子座（QTL）、ゲノムワイド関連研究（GWAS）のデータ、生物学的機能情報を統合的に解析し、乳牛の乳量、乳タンパク質、脂肪形質に影響を与える有望な候補遺伝子として同定した。これらの遺伝子は、APOC2、PPP1R3B、PKLR、ODC1、DUSP1、LMNA、GALE、ANGPTL4、LPIN1、CDKN1Aであった。

RESULTS: A total of 204, 147 and 81 differentially expressed genes (DEGs, p < 0.05, false discovery rate q < 0.05) were detected in early lactation vs. dry period, peak of lactation vs. dry period, and peak of lactation vs. early lactation comparison groups, respectively. Gene ontology and KEGG pathway analysis showed that these DEGs were significantly enriched in specific biological processes related to metabolic and biosynthetic and signaling pathways of PPAR, AMPK and p53 (p < 0.05). Ten genes were identified as promising candidates affecting milk yield, milk protein and fat traits in dairy cattle by using an integrated analysis of differential gene expression, previously reported quantitative trait loci (QTL), data from genome-wide association studies (GWAS), and biological function information. These genes were APOC2, PPP1R3B, PKLR, ODC1, DUSP1, LMNA, GALE, ANGPTL4, LPIN1 and CDKN1A.

結論:

本研究では、乳牛の3つの泌乳期にわたる肝臓トランスクリプトームの複雑性をRNAシークエンスを用いて探索した。DEG と報告されている QTL および GWAS データを統合的に解析することで、乳生産形質に影響を与える 10 の主要な候補遺伝子を見つけることができました。

CONCLUSION: This study explored the complexity of the liver transcriptome across three lactation periods in dairy cattle by performing RNA sequencing. Integrated analysis of DEGs and reported QTL and GWAS data allowed us to find ten key candidate genes influencing milk production traits.