长读长测序揭示中国草原红牛前脂肪细胞分化关键调控基因及可变剪接事件

本研究通过牛津纳米孔技术(ONT)长读长测序，系统解析了中国草原红牛前脂肪细胞分化过程中转录组动态变化。研究人员鉴定了2502个新基因和3253个新转录本，发现754个差异表达基因(DEGs)和932个差异表达转录本(DETs)，揭示Wnt信号通路(hsa04310)和脂肪细胞分化正调控(GO:0045600)等关键通路。研究首次报道N4BP2L1和PRKAA1基因的可变剪接(AS)事件对脂肪沉积的调控作用，为改善牛肉品质提供新靶点。

　　

牛肉品质提升一直是畜牧业研究的重点课题，其中肌内脂肪(IMF)含量直接影响着大理石花纹、风味和多汁性等关键品质指标。中国草原红牛作为优质肉牛品种，虽然以优良肉质著称，但其脂肪沉积的分子机制尚不明确。传统短读长测序技术难以全面解析复杂转录本结构，导致牛基因组注释不完整，这严重制约着分子育种的发展。

吉林省农业科学院畜牧兽医研究所的研究团队在《Scientific Reports》发表重要成果，采用牛津纳米孔技术(ONT)对草原红牛前脂肪细胞进行全转录组测序。研究选取0天、4天和8天三个分化阶段（各3个生物学重复），通过油红O染色和甘油三酯检测确认分化表型差异后，进行全长转录本分析。关键技术包括：ONT长读长测序、差异表达分析(DESeq2)、可变剪接事件检测(SUPPA2)以及lncRNA预测(CNCI/CPC2/Pfam)。

研究结果部分：

1. "Differences in preadipocyte differentiation during different periods"：油红O染色显示第8天脂滴积累显著增加(P<0.001)，甘油三酯含量较第0天和4天分别增加(P<0.01)，证实体外分化模型有效性。

1. "ONT sequencing and full-length reads identifying"：获得83,193,120条高质量读长(平均667 bp)，生成78,602条环状一致性序列，显著提升牛基因组注释。

2. "Novel genes and novel transcripts authenticating"：发现1,548个新基因(占8.76%)和3,253个新转录本，其中49.65%为内含子区转录本(code "i")，30%为未知转录本(code "u")。

1. "Analysis of differentially expressed genes(DEGs) and transcripts(DETs)"：鉴定出754个DEGs(0d_vs_4d)和197个DEGs(0d_vs_8d)，包括PLK2、CNN1等已知调控因子。富集分析显示Wnt信号通路和脂肪细胞分化正调控等通路显著激活。

1. "Structure analysis"：发现35,616个可变剪接事件，其中外显子跳跃(SE)占比最高(27.01%)。鉴定出21个具有显著AS事件的DEGs，特别是N4BP2L1基因的互斥外显子(MX)事件和PRKAA1基因的外显子跳跃(SE)事件。

这项研究通过长读长测序技术首次构建了草原红牛前脂肪细胞分化的全长转录组图谱，不仅填补了牛基因组注释空白，更发现N4BP2L1和PRKAA1等关键基因通过可变剪接调控脂肪沉积的新机制。研究成果为理解反刍动物脂肪形成提供了新的理论框架，特别是互斥外显子事件在脂肪细胞分化中的动态调控作用，为分子育种提供了重要靶点。该发现对优化牛肉品质、提高畜牧业经济效益具有重要应用价值，也为人类代谢疾病研究提供了比较医学模型。