如何使用psrnatarget软件预测靶基因预测软件

中国细胞生物学学报(原名:细胞生物学杂志)
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gma-miR1507a生物信息学分析、植物表达载体的构建及遗传转化
马 玲 崔晓霞 黄颜众 赵晋铭 王海棠 郭 娜* 邢 邯*
(国家大豆改良中心, 农业部大豆生物学与遗传育种重点实验室, 作物遗传与种质 创新国家重点实验室, 南京农业大学, 南京 210095)
摘要  miRNAs(microRNAs)是一类长度为18~25 nt的内源性非编码小分子RNA, 通过对其&&&&靶基因mRNA的降解或抑制翻译来调控基因表达, 进而参与调控植物相关的生理活动。该研究分析gma-miR1507a的成熟体序列、茎环结构和前体启动子区域的顺式作用元件并检测了逆境处理下大豆组织中gma-miR1507a的水平; 使用psRNATarget在线软件预测了gma-miR1507a的靶基因; 构建植物表达载体amiRNA1507a-pCAMBIA2301并转化大豆子叶, 获得了发状根。结果发现, gma-miR1507a前体的启动子区域存在与干旱胁迫和病菌侵染相关的顺式作用元件; 在线软件psRNATarget预测到9个gma-miR1507a的靶基因; 该研究利用发状根介导的遗传转化结合GFP染色,确定阳性发状根; 在转基因根毛中, gma-miR1507a水平与空载相比显著提高, 预测的部分靶基因表达量显著下调。以上结果显示, 过表达amiRNA1507a能够提高大豆发状根中gma-miR1507a水平,为研究gma-miR1507a的功能奠定基础。同时, gma-miR1507a可能参与调控大豆的逆境胁迫。
关键词  gma-miR1507a; 顺式作用元件; 靶基因预测; amiRNA1507a表达载体构建; 发根农 杆菌转化
收稿日期:   接受日期:
国家自然科学基金(批准号: )、江苏省自然科学基金(批准号: BK)、国家公益性行业(农业)科研专项经费(批准号: )、转基因 生物新品种培育重大专项经费(批准号: 02-005)、长江学者和创新团队发展计划(批准号: PCSIRT13073)、大豆现代产业技术体系(批准号: CARS-004-PS10)和江苏省现代作物生产协同创新中心
*通讯作者。郭 娜* 邢 邯*
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249-254.??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????http://nauxb.njau.edu.cnDOI:10.7685/jnau.201505022孙文星?南文婷?谷淑华?等.miR ̄27b及其靶基因PPARγ在肌内和皮下脂肪细胞中的差异表达分析[J].南京农业大学学报?2016?39(2):
miR ̄27b及其靶基因PPARγ在肌内和皮下脂肪
细胞中的差异表达分析
孙文星1?2?南文婷1?谷淑华1?韩海银1?李艳1?褚维伟1?陈杰1*
(1?南京农业大学动物科技学院?江苏南京210095?2?南通大学公共卫生学院?江苏南通226019)
摘要:[目的]探讨过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisomeproliferatoractivatedreceptorγ?PPARγ)在肌内和皮下脂肪细胞中的差异表达及其与脂质差异沉积的关系?并从miRNAs角度阐述PPARγ基因差异表达的机制?[方法]用油红O染色法检测肌内前体脂肪细胞与皮下前体脂肪细胞的分化聚脂能力?采用qRT ̄PCR与Westernblot检测PPARγ在肌内脂肪细胞和皮下脂肪细胞中的表达水平?通过生物信息学预测靶向PPARγ的miRNAs?利用qRT ̄PCR检测候选miRNAs在肌内脂肪细胞和皮下脂肪细胞中的表达水平?用双荧光素酶报告系统鉴定候选miRNAs与PPARγ的靶向性?[结果]肌内前体脂肪细胞的分化聚脂能力显著高于皮下前体脂肪细胞(P&0.05)?PPARγ的mRNA和蛋白在肌内脂肪细胞中的表达水平显著高于其在皮下脂肪细胞中的表达量(P&0.05)?生物信息学预测得知miR ̄130a、miR ̄130b、miR ̄128、miR ̄301、miR ̄27a和miR ̄27b可以靶向PPARγ?其中miR ̄27a与miR ̄27b在肌内脂肪细胞中的表达量显著低于其在皮下脂肪细胞中的表达量(P&0.05)?荧光素酶活性分析表明?miR ̄27b可以显著抑制PPARγ的荧光活性?[结论]在体外?与皮下前体脂肪细胞相比?肌内前体脂肪细胞具有更强的分化能力?miR ̄27b在两种脂肪细胞中的差异表达可导致靶基因PPARγ的差异表达?进而引起肌内前体脂肪细胞与皮下前体脂肪细胞分化能力的差异?
关键词:皮下脂肪?肌内脂肪?过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)?miR ̄27b
中图分类号:S813.24    文献标志码:A    文章编号:1000-2030(2016)02-0249-06
DifferentialexpressionofmiR ̄27banditstargetgenePPARγinintramuscularandsubcutaneousadipocytes
SUNWenxing1?2?NANWenting1?GUShuhua1?HANHaiyin1?LIYan1?CHUWeiwei1?CHENJie1*
(1?CollegeofAnimalScienceandTechnology?NanjingAgriculturalUniversity?Nanjing210095?China?
2?CollegeofPublicHealth?NantongUniversity?Nantong226019?China)
Abstract:[Objectives]Theaimofthispaperwastoinvestigatethemolecularmechanismunderlyingdifferentiallipiddepositionbetweenporcineintramuscularandsubcutaneouspreadipocytes?peroxisomeproliferator ̄activatedrecptorgamma(PPARγ)mRNAandproteinlevelswerecomparedinthesetwotypesofadipocytes?themicroRNAs(miRNAs)potentiallytargetingPPARγgenewerealsopredictedandverified.[Methods]ThedifferentiationabilitiesofintramuscularandsubcutaneouspreadipocyteswereassessedviaoilredOstaining.ThemRNAandproteinlevelsofPPARγweredetectedbyquantitativereal ̄timereversetranscription ̄polymerasemiRNAsexpressionlevelsweredetectedbyqRT ̄PCR.ThetargetrelationshipbetweenthecandidatemiRNAsandPPARγwaschainreaction(qRT ̄PCR)andWesternblot.ThepotentialmiRNAstargetingPPARγwerepredictedbybioinformaticsprediction?andanalyzedbydual ̄luciferasereporterassay.[Results]Intramuscularpreadipocyteshadstrongerdifferentiationability(P&0.05).BothmiR ̄128?miR ̄301?miR ̄27aandmiR ̄27b?werepredictedtopotentiallytargetPPARγ.AmongthesixmiRNAs?miR ̄27aandmiR ̄27bhadsignificantlylowerexpressionlevelsinintramuscularadipocytes(P&0.05).However?dualluciferaseactivityanalysisrevealedthatonlymiR ̄27bcouldsuppressPPARγexpression(P&0.05).[Conclusions]IntramuscularpreadipocytespossessstrongerlevelsofPPARγ?andcouldbethereasonfordifferentialfatdepositionbetweenintramuscularandsubcutaneousadipocytesinpigs.Keywords:intramuscularadipocytes?subcutaneousadipocytes?peroxisomeproliferator ̄activatedrecptorgamma(PPARγ)?miR ̄27b收稿日期:2015-05-22
基金项目:国家自然科学基金项目(31272423)
作者简介:孙文星?博士?*通信作者?陈杰?教授?博导?主要从事动物分子遗传育种研究?E ̄mail:jiechen@njau.edu.cn?mRNAandproteinlevelsofPPARγwerehigherinintramuscularadipocytes(P&0.05).SixmiRNAs?miR ̄130a?miR ̄130b?differentiationabilitythansubcutaneouspreadipocytesinvitro.WeinferthatthevarianceofmiR ̄27bexpressionresultsinthediverse
250南 京 农 业 大 学 学 报第39卷
肌内脂肪(intramuscularfat?IMF)含量可影响肌肉的肉色、嫩度和多汁性?是肉质指标中的关键参数[1-2]?在国内外瘦肉型猪的选育过程中?在提高瘦肉率的同时也降低了IMF含量?现在瘦肉型猪中IMF含量约为1.5%左右?明显低于IMF的最适范围2%~3%?从而影响了猪肉的品质?所以?提高IMF含量?同时不影响其他部位的脂肪沉积?甚至降低皮下脂肪与内脏脂肪的沉积?已成为家畜育种者所关注的热点?而实现这一育种目标的关键是寻找调控脂肪在机体差异沉积的机制?
过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisomeproliferatoractivatedreceptorγ?PPARγ)属于过氧化物酶体增殖物激活受体家族?可与类维生素A受体(RXR)形成异源二聚体?通过与靶基因上的过氧化体增殖反应元件结合来调控靶基因表达[3]?在脂肪分化沉积过程中?PPARγ与CCAATT增强子结合蛋白α(CCAATenhancerbindingproteinα?C/EBPα)通过相互正反馈调节来促进脂肪的分化与脂质的沉积?对长白猪、巴克夏猪、汉普夏猪和杜洛克猪PPARγ基因的BsrI ̄PCR ̄RFLP进行多态性分析?发现PPARγ的多态性与猪肉的多汁性和嫩度显著相关?并且品种间的比较发现PPARγ可以显著影响猪肉的风味[4]?microRNAs(miRNAs)是物种间保守的内源性表达的非编码小分子RNA?长度22nt左右?于1993年在秀丽新小杆线虫中首次被发现[5]?近年研究发现?miRNAs在脂肪细胞分化和脂质代谢方面发挥着重抑制脂肪沉积?还发现miRNAs与机体不同部位的脂肪沉积相关[12]?要作用?如miR ̄146b[6]、miR ̄103[7]、miR ̄21[8]等可促进脂肪沉积?而miR ̄130[9]、miR ̄145[10]、miR ̄155[11]则
鉴于PPARγ在脂肪沉积过程中的关键作用?本研究分析了PPARγ在肌内脂肪细胞与皮下脂肪细胞中的差异表达?并从miRNAs的角度解释PPARγ在肌内脂肪细胞和皮下脂肪细胞差异表达的分子机制?1 材料与方法
1.1 材料1.1.1 试验动物 3~7日龄雄性长白猪(3头)购于南京农业大学江浦农场?1.1.2 试剂 Ⅱ型胶原酶、胎牛血清(FBS)、高糖DMEM培养基、PBS液、0.25%胰蛋白酶购自Gibco公司?油红O购自南京生兴生物技术有限公司?双荧光酶报告基因检测试剂盒(E1910)购自Promega公司?Trizol、RNA反转录试剂盒(DRR036A)?miRNAs反转录试剂盒(D350A)?RNA荧光定量试剂盒(RR426A)?miRNAs荧光定量试剂盒(RR716)均购自TaKaRa公司?地塞米松(dexamethasone?Dex)、胰岛素(insulin?INS)、3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(3 ̄isobutyl ̄1 ̄methylxanthine?IBMX)购自Sigma公司?PPARγ一抗(sc ̄7273)、β ̄actin一抗(sc ̄47778)、羊抗鼠二抗购自SantaCruz公司?miR ̄27a、miR ̄27b的mimic购于上海吉玛公司?X ̄tremeGENEsiRNA(Cat.No.04476093001)转染试剂购于Roche?PMSF(ST506)、PIPA裂解液1.2 方法(P0013B)、BSA蛋白浓度测定试剂盒(P0012S)购于碧云天生物技术公司?其他试剂均为国产分析纯?1.2.1 前体脂肪细胞的获取 通过成熟脂肪细胞去分化的方法[13]获取前体脂肪细胞?颈动脉放血处死仔猪?取背最长肌和背部皮下脂肪?经1g?L-1Ⅱ型胶原酶37℃消化30min?200g离心5min?取上层脂肪细胞?将脂肪细胞接种到注满培养基的培养瓶中?倒置培养7~10d?成熟脂肪细胞发生自动去分化?获得1.2.2 前体脂肪细胞的诱导分化 待前体脂肪细胞100%汇合后?利用“鸡尾酒法”诱导细胞分化?即用含10%FBS、2.5μmol?L-1Dex、5μg?mL-1INS、0.1mmol?L-1IBMX的成脂诱导液培养细胞3d?用含体积分数1.2.3 反转录及荧光定量PCR(qRT ̄RCR) 采用Trizol提取细胞总RNA?采用TaKaRa的反转录试剂盒(DRR036A)进行RNA反转录?用miRNAs反转录试剂盒(D350A)进行miRNAs反转录?具体步骤见试剂盒说明书?
采用qRT ̄PCR对PPARγ、PPARγ2、脂肪组织甘油三酯水解酶(adiposetriglyceridelipase?ATGL)、激素敏感脂肪酶(hormosesensitivelipose?HSL)、乙酰CoA羧化酶(acetylCoAcarboxylase?ACC)、脂肪酸合成酶(fattyacidsynthase?FAS)基因和miR ̄27a、miR ̄27b、miR ̄130a、miR ̄130b、miR ̄128、miR ̄301的表达情况进行检测(引物见表1)?qRT ̄RCR反应体系及反应条件参照TaKaRa的RNA荧光定量试剂盒(RR426A)、miRNAs荧光定量试剂盒(RR716)说明书进行?对mRNA的检测以β ̄actin为内参?对miRNAs的检测以与猪基因组无同源性的乱序片段E5(5′ ̄GTGACCCACGATGTGTATTCGC ̄3′)为外参?定量数据通过2-ΔΔCT法进行计算?为10%FBS的DMEM培养基培养细胞6d?前体脂肪细胞?
第2期孙文星?等:miR ̄27b及其靶基因PPARγ在肌内和皮下脂肪细胞中的差异表达分析
表1 定量引物序列
Table1 PrimersequencesforqRT ̄PCR251
基因名称Genesymbol
PPARγPPARγ2ACCFASATGLHSLβ ̄actinmiR ̄27amiR ̄27bmiR ̄130amiR ̄130bmiR ̄128miR ̄301GenBank登录号AccessionnumberNM_214379NM_214379NM_001114269NM_001099930NM_001098605NM_214315DQ845171MI0002442MI0013109MI0008271MI0013136MI0002451MI0002432引物(对)序列Primer(pairs)sequence(5′→3′)F/R:ATTCCCGAGAGCTGATCCAA/TGGAACCCCGAGGCTTTATF/R:GACCCAGAAAGCGATGC/TGGTGAAGGGCTTGATGTF/R:TTCCTATCGGCTATTGACA/CTTCGCACATACACCTCCF/R:CATTCGGTGCGTCCTGGTG/AGGCGTGCTCCGTCTGCTTF/R:TCACCAACACCAGCATCCA/GCACATCTCTCGAAGCACCAF/R:CGGCGGCTGTCAGGTGTCTT/TACCCGTTGGCTGGCGTCTCF/R:TGCTGTCCCTGTACGCCTCTG/ATGTCCCGCACGATCTCCCF:TTCACAGTGGCTAAGTTCCGCF:TTCACAGTGGCTAAGTTCTGCF:CAGTGCAATGTTAAAAGGGCATF:CAGTGCAATGATGAAAGGGCATF:TCACAGTGAACCGGTCTCTTTF:CAGTCCAATAGTATTGTCAAAGC
1.2.4 Westernblot 利用RIPA蛋白裂解液裂解分化的脂肪细胞?提取总蛋白?经BCA蛋白试剂盒测定蛋白浓度?蛋白变性后?利用SDS ̄PAGE凝胶80V、2h进行蛋白分离?蛋白上样量为每孔20μg?随后200mA、2h将蛋白转到聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上?裁剪PPARγ、β ̄actin条带?用1%BSA封闭1h?一抗4℃1.2.5 miRNA生物信息学预测 利用在线网站TargetScan(http://www.targetscan.org/)与PicTar(http://pictar.mdc-berlin.de/)预测靶向PPARγ的miRNAs?通过网站miRanda(http://microrna.sanger.ac.uk/1.2.6 构建PPARγ基因3′ ̄UTR区荧光报告载体 含有PPARγ基因3′ ̄UTR质粒由南京农业大学动物1.2.7 miRNA靶向性验证 利用双荧光报告系统检测候选miRNAs对PPARγ基因的靶向性?将PK ̄15细胞以1×105mL-1的密度接种到12孔板中?用含10%FBS的DMEM培养24h?利用X ̄tremeGENEPromega双荧光检测试剂盒检测荧光活性?荧光强度以萤火虫荧光强度与海肾荧光强度的比值表示?生理生化实验室潘士锋博士赠送?质粒名为pGL3 ̄Control/PPARγ?sequences/)获取预测miRNAs的序列?过夜?二抗室温孵育1h?ECL显色?CDD成像系统拍照?siRNA转染试剂将mimic(50μmol?L-1)或mimic阴性对照(NC)(50μmol?L-1)、phRL ̄TK(0.05μg)、pGL3 ̄Control/PPARγ(1μg)质粒共转染PK ̄15细胞?转染步骤参照转染试剂说明书?培养48h?利用方法如前所述[13]?即用10%甲醛固定细胞后?再用油红O染色15min?并通过异丙醇萃取细胞内的油1.2.8 油红O染色及脂滴含量测定 待前体脂肪细胞分化成熟后?采用油红O染色观察细胞分化情况?红O?通过油红O含量的多少反映细胞内甘油三酯含量?
?采用SPSS16.0统计软件对数据进行分析?每个试验重复3次?数据用平均数±标准差(x±SD)表示?1.3 数据的统计学分析
采用配对t测验分析肌内和皮下前体脂肪细胞的分化能力以及基因在两种脂肪细胞中的表达差异?采用独立样本t测验分析miRNAs对荧光素酶报告基因活性的影响?
2 结果与分析
2.1 肌内前体脂肪细胞与皮下前体脂肪细胞分化能力的比较
将肌内前体脂肪细胞与皮下前体脂肪细胞经DMI诱导分化9d后?发现肌内前体脂肪细胞的分化率高于皮下脂肪细胞(图1-A)?并且细胞内甘油三酯含量显著高于皮下脂肪前体细胞(P&0.05)(图1-B)?脂肪合成关键基因ACC与FAS在肌内脂肪细胞中的表达量显著高于其在皮下脂肪细胞中的表达?同时脂肪分解关键基因ATGL与HSL表达量也显著高于其在皮下脂肪细胞中的表达(P&0.05)(图1-C)?由此可见?在体外?肌内前体脂肪细胞的分化能力强于皮下前体脂肪细胞?并且肌内脂肪细胞的脂质代谢能力2.2 PPARγ在肌内脂肪细胞与皮下脂肪细胞中的表达差异强于皮下脂肪细胞?
qRT ̄PCR结果显示:PPARγ、PPARγ2在肌内脂肪细胞中的表达量显著高于其在皮下脂肪细胞中的表达量(P&0.05)(图2-A)?Westernblot结果显示?PPARγ1、PPARγ2蛋白在肌内脂肪细胞中的表达量显著高于其在皮下脂肪细胞中的表达量(P&0.05)(图2-B)?
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