妊娠期藏猪卵巢与脾脏转录组动态变化及其高原生殖适应机制研究

《Genomics》：Transcriptional changes in Tibetan pig ovaries and spleen during gestation

本研究针对高原环境下藏猪妊娠期生理适应机制不清的问题，开展了妊娠与非妊娠藏猪卵巢及脾脏的转录组比较分析。研究发现卵巢存在757个差异表达PCGs（如STAR、CEBPB上调，BMP15下调）和53个lncRNAs，脾脏有229个差异PCGs（如ISM1、CXCL8上调）和14个lncRNAs，揭示妊娠期卵巢激素合成增强、卵泡活性抑制及脾脏炎症减轻等关键变化，为高原动物生殖调控提供重要理论依据。

　　

在青藏高原的严酷环境中，藏猪作为一种典型的高原畜种，展现出令人惊叹的生殖适应能力——其新生仔猪与母猪的体重比值显著高于低海拔猪种，这可能与高原环境下后代存活率需求密切相关。这种优异的繁殖性能暗示藏猪在妊娠期需要维持更为健康的生理状态。然而，作为妊娠关键器官的卵巢（负责分泌妊娠相关激素）和核心免疫器官脾脏（负责免疫调节），它们在藏猪妊娠过程中的生理变化机制却仍是未解之谜。理解这些变化对于提高藏猪的繁殖效率至关重要。为此，发表在《Genomics》上的这项研究，首次对非妊娠与妊娠藏猪的卵巢和脾脏进行了转录组层面的系统比较，试图揭示其高原生殖适应的分子基础。

本研究主要应用了转录组测序（RNA-seq）技术对来自实验队列的藏猪卵巢和脾脏组织样本进行分析，通过生物信息学方法筛选差异表达基因（DEGs）并进行功能富集分析（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析，以探究妊娠引起的分子水平变化。

研究结果

1. 卵巢和脾脏的转录组差异表达谱

通过比较妊娠与非妊娠状态下的组织转录组，研究人员发现卵巢的转录变化更为显著。在卵巢中，共鉴定出757个差异表达的蛋白编码基因（PCGs），其中466个基因表达上调（例如，ISM1、PRKAA2、STAR、CEBPB），291个基因表达下调（例如，BMP15、MOS）。同时，还发现了53个差异表达的长链非编码RNA（lncRNAs），包括34个上调和19个下调。在脾脏中，差异表达的规模相对较小，共发现229个差异表达的PCGs（76个上调，如ISM1、PRKAA2、ESR1、CXCL8；153个下调，如NFATC4），以及14个差异表达的lncRNAs（5个上调，9个下调）。这些数据表明，妊娠对藏猪卵巢的基因表达调控影响更为深远。

2. 卵巢功能变化分析

对卵巢差异表达基因的功能分析表明，妊娠期藏猪卵巢的功能状态发生了显著重塑。上调的基因显著富集于激素合成与代谢相关通路，例如STAR（类固醇生成急性调节蛋白）和CEBPB（CCAAT/增强子结合蛋白β）等基因的高表达，提示妊娠期卵巢的类固醇激素（如孕酮）合成能力增强，这对于维持妊娠至关重要。与此同时，一些与卵母细胞成熟和排卵活动相关的基因，如BMP15（骨形态发生蛋白15）和MOS（Moloney肉瘤病毒癌基因同源物）则显著下调，这表明在妊娠期，卵巢的卵泡发育和排卵活动受到抑制，能量和资源被重新分配到支持妊娠相关功能上。此外，分析还显示卵巢中与炎症相关的通路被激活，同时脂质代谢过程也增强。

3. 脾脏功能变化分析

对脾脏差异表达基因的分析则描绘了一幅不同的图景。研究发现，脾脏中多数下调的基因与炎症反应相关，例如NFATC4（活化T细胞核因子4）的下调，暗示妊娠期藏猪脾脏的炎症反应水平有所降低。这种免疫状态的调整可能有助于母体建立对半同种异体胎儿的免疫耐受，防止免疫排斥，同时避免过度炎症对母体和胎儿造成损伤。与卵巢类似，脾脏中也观察到脂质代谢相关通路的改变，表明脂质作为能量来源和信号分子在妊娠免疫调节中可能发挥作用。

4. 关键候选基因与调控因子预测

研究还进一步预测了可能参与调控这些妊娠相关变化的关键候选基因和潜在的调控因子（如转录因子）。例如，ISM1（Isthmin 1）和PRKAA2（AMP激活蛋白激酶催化亚基α2）在卵巢和脾脏中均呈现上调表达，提示它们可能在协调不同器官的妊娠适应反应中扮演重要角色。这些基因为后续深入探索藏猪妊娠生理调控的核心分子机制提供了重要线索。

结论与意义

本研究通过系统分析妊娠期藏猪卵巢和脾脏的转录组动态，揭示了这两个关键器官在分子水平上的适应性变化。研究结论表明，在妊娠期，藏猪卵巢通过上调激素合成相关基因、抑制卵泡活性相关基因，强化了其内分泌支持功能；而脾脏则通过下调炎症相关基因，可能转向一种更为耐受的免疫状态。尤为值得注意的是，脂质代谢在卵巢和脾脏中均表现出增强趋势，凸显了能量代谢重编程在高原动物妊娠适应中的普遍重要性。这些转录层面的变化共同构成了藏猪在高原环境下成功妊娠的分子基础。该研究不仅增进了我们对高原动物独特生殖生物学特性的理解，所发现的关键基因和通路也为未来通过遗传手段或营养策略改善藏猪乃至其他高原动物的繁殖性能提供了潜在靶点和科学依据。