基于全长转录组学分析，莫斯科鸭卵巢在不同产蛋阶段中的动态选择性多聚腺苷酸化现象

《Poultry Science》：Dynamic Alternative Polyadenylation in Ovaries of Muscovy Ducks across Different Laying Stages Based on Full-Length Transcriptomics

本研究利用牛津纳米孔测序技术系统分析Muscovy鸭不同产蛋阶段（预产卵期、连续产卵期、非连续产卵期）卵巢的替代polyadenylation（APA）事件，发现APA动态调控与细胞周期、泛素介导的蛋白酶体降解及能量代谢相关通路，并通过mRNA-miRNA网络鉴定出gga-miR-1770和cgr-miR-149-5p两个关键调控miRNA，揭示APA通过影响3’UTR长度和miRNA结合位点调节卵泡发育与闭锁的分子机制。

　　本研究聚焦于 Muscovy 鸭（Cairina moschata）卵巢组织中替代性多聚腺苷酸化（APA）机制在卵泡发育和退化过程中的作用。Muscovy 鸭作为一种重要的禽类资源，因其高瘦肉率和优良肉质而受到广泛养殖。然而，其较长的孵化周期和不稳定的产卵模式，限制了其在禽类养殖业中的进一步推广。因此，深入解析其生殖调控机制，特别是 APA 这种关键的转录后调控方式，对于提升其繁殖性能具有重要意义。

APA 是一种通过在 mRNA 3' 端添加不同长度的多聚腺苷酸尾来调控基因表达的机制。这一过程不仅影响 mRNA 的稳定性，还可能改变其翻译效率和细胞定位。在哺乳动物中，APA 与 miRNA 的结合密切相关，许多保守的 miRNA 目标位点位于 3' 非翻译区（UTR）。而 APA 在鸟类中的作用尚不明确，尤其是在 Muscovy 鸭这一物种中。为了解决这一问题，研究团队采用 Oxford Nanopore Technologies（ONT）进行全长转录组测序，以获取更准确的转录本信息。与传统的短读测序技术相比，ONT 能够直接检测到完整的 mRNA 异构体，从而避免了因短片段测序导致的基因结构误判问题。

研究发现，Muscovy 鸭卵巢组织中存在丰富的 APA 事件，这些事件在不同的产卵阶段表现出显著差异。通过对不同产卵阶段（非产卵阶段 PO、连续产卵阶段 CO、不连续产卵阶段 IO）的比较分析，研究人员发现 APA 事件在细胞周期调控、泛素介导的蛋白酶体降解、能量代谢等关键生物学过程中发挥了重要作用。例如，在 CO 和 IO 阶段之间，有 163 个基因表现出差异性 APA 使用，其中 76 个基因因选择近端多聚腺苷酸化位点（PAS）而导致 3' UTR 缩短，而 87 个基因因选择远端 PAS 而导致 3' UTR 延长。这些变化可能影响基因表达水平，进而调控卵泡发育和退化过程。

此外，研究还揭示了 APA 事件对 miRNA 与 mRNA 之间相互作用的潜在影响。通过构建 mRNA-miRNA 网络，研究人员识别出两个具有显著调控功能的 miRNA：gga-miR-1770_L-2R-1_1ss4CA 和 cgr-miR-149-5p_R+3。这些 miRNA 可能通过调控特定的 APA 事件，影响卵泡发育的关键基因表达。例如，gga-miR-1770 的作用可能与促进颗粒细胞增殖有关，而 cgr-miR-149-5p 可能通过影响卵泡中 miRNA 的结合位点，间接调控卵泡的发育和退化过程。

研究还发现，不同产卵阶段的 APA 事件在功能富集分析中表现出不同的生物学意义。例如，在 CO 和 IO 阶段的比较中，APA 事件主要富集于细胞周期调控和泛素介导的蛋白酶体降解通路，这可能与卵泡的快速发育和细胞凋亡有关。而在 CO 和 PO 阶段的比较中，APA 事件则与能量代谢和脂质代谢相关，提示 APA 在调控卵泡能量需求和脂质利用方面可能起到重要作用。同样，在 IO 和 PO 阶段的比较中，APA 事件涉及与蛋白质动态和降解相关的通路，进一步说明 APA 在维持卵泡功能和清除退化细胞中的潜在作用。

值得注意的是，APA 事件还可能通过改变 3' UTR 长度，影响 miRNA 的结合效率。例如，在某些情况下，选择远端 PAS 可能导致 3' UTR 长度增加，从而增加 miRNA 的结合机会，抑制基因表达；而选择近端 PAS 则可能导致 3' UTR 缩短，减少 miRNA 的结合，进而增强基因表达。这种机制可能在调控卵泡发育和退化过程中发挥关键作用，例如通过影响颗粒细胞的增殖和凋亡，间接调控卵泡的成熟和释放。

研究团队还对 APA 事件相关的基因进行了蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络分析，以进一步理解这些基因在卵泡发育中的协同作用。结果表明，某些基因在不同产卵阶段表现出高度的相互连接，可能在调控卵泡发育过程中形成关键的功能模块。这些模块的富集分析显示，它们与细胞周期调控、泛素介导的蛋白降解、能量代谢等过程密切相关，暗示 APA 可能通过这些通路协调卵泡的动态变化。

从整体来看，本研究利用全长转录组测序技术，首次系统地揭示了 Muscovy 鸭卵巢组织中 APA 事件的动态变化及其在卵泡发育和退化中的潜在作用。通过整合 APA 与 miRNA 的调控网络，研究团队不仅发现了关键的 miRNA 调控因子，还揭示了 APA 事件如何通过改变 miRNA 结合位点，影响基因表达水平。这些发现为理解鸟类生殖调控的复杂机制提供了新的视角，并为提高 Muscovy 鸭的繁殖性能提供了理论依据。

然而，本研究也存在一定的局限性。首先，样本量较小，可能影响结果的普适性，未来需要更大规模的样本验证。其次，研究使用了 Mallard（Anas platyrhynchos）的参考基因组进行比对，这可能导致对 Muscovy 鸭特异性特征的识别偏差，因此未来需要构建高质量的 Muscovy 鸭基因组以提高分析的准确性。此外，尽管研究提出了 APA 事件如何通过影响 miRNA 结合位点来调控卵泡发育和退化的可能机制，但这些调控关系仍需进一步的实验验证，以明确其在实际生理过程中的具体作用。

综上所述，本研究为理解 Muscovy 鸭卵巢组织中 APA 事件的调控机制提供了重要线索。通过揭示 APA 与 miRNA 之间的复杂关系，研究团队不仅加深了对鸟类生殖调控的认识，还为未来通过基因编辑或分子干预手段优化 Muscovy 鸭的繁殖性能提供了新的思路。随着技术的不断进步和研究的深入，APA 作为一种重要的转录后调控机制，有望在禽类繁殖调控领域发挥更大作用。