环状RNA景观图谱揭示新型circ_0018908调控华西牛骨骼肌发育的关键作用

《BMC Genomics》：Exploring the landscape of circular RNAs in the development of skeletal muscle in Huaxi cattle

本研究针对华西牛骨骼肌发育的分子调控机制尚未明确的问题，通过多组学分析揭示了circRNA在不同发育阶段的动态表达谱。研究人员发现新型circ_0018908可通过ceRNA机制调控PI3K-Akt、mTOR等信号通路，为牛肉品质改良提供了重要分子靶点。该成果对提升我国肉牛育种技术水平具有重要理论价值。

　　

在中国畜牧业快速发展的背景下，肉牛产业作为重要组成部分直接关系到农业经济发展和人民生活水平提升。华西牛作为具有自主知识产权的新品种，以其优异的日增重、屠宰率和净肉率受到广泛关注。然而，骨骼肌作为占成年哺乳动物体重40%-60%的组织，其发育质量直接影响肉类产量和品质，其中环状RNA（circRNA）作为一种新型调控分子，其在该过程中的作用机制尚未明确。

以往研究表明，circRNA具有组织特异性表达特征，且在物种间存在显著差异。例如在秦川牛中发现的circHUWE1可通过吸附miR-29b调控AKT3基因表达，而circTTN则能通过miR-432影响IGF2/PI3K/AKT信号通路。但这些研究均未涉及华西牛这一重要品种，导致其骨骼肌发育的circRNA调控网络存在研究空白。

为系统解析这一问题，胡鑫等研究人员在《BMC Genomics》发表了最新成果。该研究选取新生期（NB）、青年期（YG）和成年期（AD）三个关键发育阶段的华西牛背最长肌样本，采用rRNA去除建库策略进行RNA测序。通过CIRI和find_circ软件联合分析，结合RNase R消化实验和Sanger测序验证，构建了完整的circRNA表达图谱。

关键技术方法包括：采集3个发育阶段共9个背最长肌样本进行链特异性转录组测序；使用Hisat2进行序列比对，DESeq2进行差异表达分析；通过STEM进行时间序列聚类分析；利用RT-PCR和qPCR验证circRNA环状结构及表达模式。

研究结果：

1. 1.
   circRNA鉴定与特征分析
   研究人员共鉴定出28,013个circRNA，经过严格筛选获得15,505个高可靠性circRNA。这些分子主要来源于编码外显子区域（83.01%），长度集中分布在34-1,888核苷酸之间。染色体分布分析显示circRNA广泛分布于1-29号染色体及部分非标准染色体。

1. 2.
   差异表达分析
   在三组比较（YG vs NB、AD vs YG、AD vs NB）中分别发现633、41和578个差异表达circRNA。值得注意的是，AD与YG阶段的差异circRNA数量显著少于其他两组，提示circRNA调控在早期发育阶段更为活跃。四个核心circRNA（novel_circ_0022687、novel_circ_0022663、novel_circ_0022511和novel_circ_0018908）在所有比较组中均存在差异表达。
2. 3.
   功能富集分析
   GO分析显示YG vs NB组主要富集在代谢过程相关通路，AD vs YG组集中在肢体形态发生，而AD vs NB组则显著富集于肌肉发育相关术语。KEGG分析发现黏着连接、肥厚型心肌病（HCM）、FoxO信号通路等14条关键通路。

1. 4.
   时间表达趋势分析
   STEM分析识别出5个显著表达模式（Profile 0、4、11、14、15）。下调circRNA主要关联MAPK信号通路等增殖相关通路，而上调circRNA则富集于内质网蛋白质加工等代谢通路，印证了肌肉发育从增殖向代谢调控的转变规律。

1. 5.
   关键circRNA鉴定
   新型circ_0018908来源于23号染色体CLIC5基因，长度340bp，包含三个外显子。实验验证证实其环状结构及发育阶段特异性表达。该circRNA可吸附16种miRNA（包括bta-miR-146a/b等），其靶基因显著富集于PI3K-Akt、mTOR等肌肉发育关键通路。

1. 6.
   实验验证
   通过发散引物扩增、RNase R耐受实验和qPCR验证，证实了circRNA的环状特性和表达可靠性。六个随机选取的circRNA均显示典型的反向剪接序列特征，且对RNase R降解具有显著抗性。

研究结论表明，circRNA调控网络在华西牛骨骼肌发育过程中发挥阶段性调控作用：早期主要参与细胞增殖调控，后期转向代谢调节。新型circ_0018908作为关键分子，通过ceRNA机制整合多条信号通路，为理解肌肉发育的分子机制提供了新视角。该研究不仅丰富了牛科动物circRNA数据库，更为肉牛分子育种提供了潜在靶标，对推动我国牛肉产业高质量发展具有重要意义。