山羊输卵管全转录组分析：揭示繁殖调控网络中的关键 miRNA 和 ceRNA

为探究 miRNA 和 ceRNA 网络对山羊繁殖力的影响，研究人员分析输卵管转录组，发现关键调控因子，为繁殖机制研究提供依据。

　　在广袤的畜牧养殖领域，山羊的繁殖能力可是关乎经济效益的 “重头戏”。养殖户们都盼着自家的山羊能多生小羊，这样就能增加收入。然而，影响山羊繁殖的因素十分复杂，其中输卵管在繁殖过程中起着关键作用，可它的分子机制却像一团迷雾，让科研人员难以捉摸。非编码 RNA 和 mRNA 在繁殖过程中至关重要，但它们在山羊输卵管里的具体作用和调控网络同样不为人知。为了揭开这些谜团，中国农业科学院和安徽农业大学等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《BMC Genomics》上。

这项研究主要运用了转录组测序、基因集富集分析（GSEA）、实时荧光定量聚合酶链反应（RT-qPCR）以及双荧光素酶报告基因检测等技术。研究人员精心挑选了 20 只年龄、体重、身高和遗传背景相近的云尚黑山羊，依据产羔数量将它们分为高繁殖力组和低繁殖力组。在卵泡期和黄体期，分别采集这些山羊的输卵管组织样本。通过转录组测序技术，对样本中的 RNA 进行深度分析，全面获取基因表达信息；利用 GSEA 探究关键基因集的功能富集情况；运用 RT-qPCR 验证测序数据的准确性；借助双荧光素酶报告基因检测确定关键基因间的靶向调控关系。

研究结果如下：

• MicroRNA 表达谱分析：研究人员构建了 20 个小 RNA 文库，对云尚黑山羊在卵泡期和黄体期的输卵管组织进行高通量测序。结果显示，测序得到了大量高质量的原始数据，经过筛选和分析，鉴定出 425 种已知的 miRNA 和 691 种潜在的新 miRNA。在卵泡期和黄体期的比较中，分别发现了 25 个和 66 个差异表达的 miRNA（DEMs）。其中，有 4 个 DEMs 在两个比较中均出现，这些差异表达的 miRNA 可能与山羊的繁殖力密切相关12。
• DEMs 靶向基因的 GSEA 分析：通过预测 miRNA 的靶基因，并与转录组数据进行重叠分析，研究人员对这些靶基因进行 GSEA。结果发现，在卵泡期，与繁殖和输卵管功能相关的多个基因集显著富集，如细胞因子 - 细胞因子受体相互作用、细胞周期等；在黄体期，ABC 转运蛋白、TGF-β 信号通路等与繁殖相关的通路也显著富集。这表明这些富集的通路和基因集在山羊输卵管的功能和繁殖过程中发挥着重要作用34。
• miRNA - mRNA 共表达网络的靶向关系分析：在卵泡期的 FL vs. FH 比较中，发现 1,996 个 DEM - DEG 对呈负相关表达，构建的调控网络显示 miR-204-3p 是核心 miRNA，靶向与 Ras 信号通路密切相关的 FGFR2、AKT2 等基因。在黄体期的 LL vs. LH 比较中，4,325 个 DEM - DEG 对呈负相关表达，miR-328-3p 的靶基因包括参与细胞生长和胚胎发育负调控的 SMAD3 和 BOP1 等。这说明不同的 miRNA 在卵泡期和黄体期通过靶向不同的基因，参与调控山羊的繁殖过程5。
• 候选 miRNA 的验证：为了确保测序数据的可靠性，研究人员随机选取了 4 个 DEMs，利用 RT-qPCR 进行表达验证。结果显示，在高繁殖力山羊的卵泡期，miR-204-3p、miR204-5p 和 miR-3955-5p 的表达下调，novel_996 的表达呈上升趋势；在黄体期，miR-10b-5p 和 miR-328-3p 的表达上调，而 miR-195-5p、miR-33a-3p 和 miR-34a 的表达下降。这些结果与 RNA-seq 的发现一致，有力地证实了测序数据的准确性6。
• LncRNA - ceRNA 网络分析和功能注释：研究人员预测了 lncRNA - miRNA 的相互作用，并构建了 lncRNA - miRNA - mRNA 共调控网络。在卵泡期，该网络包含多个与生殖过程相关的关键靶基因，如 ATP2B1、FGFR2 等，这些基因富集在 cGMP-PKG、MAPK、TGF-β 等信号通路中。在黄体期，网络中的基因涉及生长激素合成、分泌和作用、ECM - 受体相互作用等与生殖相关的重要通路。这表明 lncRNA 可能通过 ceRNA 机制参与调控山羊的繁殖力78。
• CircRNA - ceRNA 网络构建和功能注释：通过筛选由相同 DEMs 调控的 DECs 和 DEGs，研究人员构建了 circRNA - miRNA - mRNA 调控网络。在卵泡期和黄体期分别鉴定出 1,107 个和 1,253 个这样的相互作用，涉及多个与生殖和胚胎发育相关的基因和通路，如 MAPK、TGF-β 受体信号通路等。这进一步揭示了 circRNA 在山羊繁殖调控中的潜在作用910。
• LNC_005981 和 circ_0021923 的作用验证：研究人员构建了一个潜在影响繁殖的 ceRNA 调控网络模型，并选择 LNC_005981 - miR-328-3p - SMAD3 和 circ_0021923 - miR-204-3p - DOT1L 相互作用进行双荧光素酶报告基因检测。结果表明，LNC_005981 可作为 miR-328-3p 的海绵，circ_0021923 可作为 miR-204-3p 的海绵，分别减弱这些 miRNA 对其靶基因 SMAD3 和 DOT1L 的抑制作用，从而调控生殖过程和胚胎发育1112。

研究结论和讨论部分指出，该研究全面分析了山羊输卵管在卵泡期和黄体期的 miRNA 表达谱，构建了 ceRNA 调控网络，确定了关键的 miRNA（如 miR-124a、miR-376a、miR-122 等）和候选基因（如 FGFR2、AKT2、TOB1、TOB2 等），尤其是受 miR-204-3p 调控的基因，以及 LNC_005981 - miR-328-3p - SMAD3 和 circ_0021923 - miR-204-3p - DOT1L 这两个可能在山羊繁殖中起重要作用的调控网络。这些发现从编码和非编码 RNA 的角度，为理解山羊繁殖调控网络的分子机制提供了新的视角，有助于推动山羊繁殖领域的发展，为提高山羊繁殖力的研究和实践提供了重要的理论依据 。