多时间点动态分析揭示鸡睾丸生殖维持与衰老的转录重编程

【作者】 李艳慧； 石雷； 陈辉；

【机构】 河北农业大学动物科技学院；

【摘要】 1.引言禽类睾丸发育与衰老的分子调控机制直接影响种禽繁殖效能。本研究以25-70周龄公鸡睾丸组织为模型(6个关键时间点),通过整合mRNA和LncRNA转录组测序,首次系统解析睾丸从生殖高峰到衰退阶段的动态表达网络,为揭示禽类生殖衰老机制提供理论支撑。2.材料与方法采集25、30、40、50、60和70周龄公鸡睾丸组织(每时期3个生物学重复),进行RNA-Seq和LncRNA测序。以25周龄为对照,使用DESeq2筛选各时期差异表达基因(DEGs),通过韦恩图分析时期特异性基因。采用pheatmap进行层级聚类,maSigPro识别时序表达模式(生成9类聚类)。基于加权基因共表达网络(WGCNA)构建模块(软阈值=5),关联发育时期并筛选枢纽基因。对LncRNA进行顺式/反式靶基因预测,并通过GO与KEGG富集解析关键通路功能。3.结果3.1差异表达基因的动态演变mRNA DEGs:数量随周龄增长呈下降趋势,从30周龄的84个降至70周龄的57个。50周龄出现显著转折(DEGs骤减至68个),此前下调基因占主导(如30周下调基因占比58.3%),此后上调基因比例升高(60周上调基因占60.4%)。LncRNA DEGs:数量稳定在797-884之间,下调基因持续占优(如30周下调基因占比58.6%,仅60周上调基因略多)。时期特异性:仅2个DEGs在所有比较中共有,而各时期存在大量独有基因(如mRNA中25周龄特有47个,70周龄特有25个;LncRNA中25周龄特有354个,70周龄特有299个)。LncRNA的多时期共享基因显著富集,如3个时期共有基因达2642个。3.2时序表达模式与核心调控因子基因表达呈现明确的发育阶段聚集特征。如图1所示,9类时序表达模式中鉴定出各周龄特异高表达的核心基因:25周龄:LHFPL6、STAT2(mRNA)与MSTRG.60.4(LncRNA)主导早期发育;50周龄:ASB16、AKR1D1(mRNA)与MSTRG.13849.22(LncRNA)调控生殖维持;70周龄:衰老相关基因LXN、ANGPT1L(mRNA)及MSTRG.26558.2(LncRNA)显著上调。3.3共表达网络模块的功能分化WGCNA构建的19个基因模块均与特定周龄强相关(|r|> 0.6, P <0.01),如图2所示:选择与各周龄相关模块连接度前20的基因作为枢纽基因,使用Cytoscape软件分析出前10个核心基因,并作出10个核心基因的网络互作图(如图3)。比较枢纽基因与核心基因的交集,得出各周龄睾丸发育的关键基因。得出25,30,40,50,60,70周龄的关键基因的数量分别是24,25,25,20,23,21。3.4功能通路与调控机制GO富集:25周龄:基因组稳定性维护(DNA修复)与神经信号传导;50周龄:血睾屏障构建及线粒体能量代谢枢纽作用;70周龄:病毒防御应答与激素信号崩溃(睾酮合成衰退)。KEGG通路:发育期(25周):MAPK-Wnt-mTOR网络驱动细胞增殖,苯丙氨酸代谢活跃;过渡期(50周):泛素介导蛋白水解和PPAR通路维持蛋白质-能量平衡;衰老期(70周):自噬激活、FoxO信号抑制及GnRH通路瓦解标志生殖功能衰退。4.讨论本研究首次通过多时间点动态分析揭示鸡睾丸发育的跨阶段调控规律:生殖维持的关键转折点:50周龄DEGs数量骤减及表达极性反转(下调→上调主导),表明睾丸功能从生殖高峰(25-40周)向稳态维持过渡。该阶段枢纽基因(如ASB16)和AMPK/PPAR通路的富集,提示其为干预生殖衰退的关键时间窗口。衰老驱动机制:70周龄特异基因LXN(促凋亡因子)及LncRNA MSTRG.26558.2与凋亡模块(brown)强相关,共表达网络向"代谢-自噬-凋亡"轴倾斜。KEGG分析显示GnRH信号衰退和类固醇合成减少,直接导致生殖激素调控瓦解。LncRNA的层级调控:时期特异性LncRNA通过靶向结合调控发育核心基因,如40周MSTRG.9175.4可能通过顺式作用激活CLDN18(血睾屏障关键基因);而70周反式靶基因富集凋亡通路,揭示LncRNA通过跨染色体互作加速睾丸退化。更多还原