牛泛素特异性蛋白酶(USP)基因家族全基因组鉴定及肌肉特异性USP基因在成肌细胞增殖分化中的调控机制研究

本研究针对牛肌肉发育调控机制不明确的问题，通过全基因组分析系统鉴定了牛USP基因家族53个成员，发现USP2、USP28、USP38和USP47通过调控成肌细胞增殖分化影响肌肉发育。研究为牛肉产量和品质提升提供了新靶点，发表于《BMC Genomics》。

　　

牛肉作为高蛋白低脂肪的优质肉类，其产量和品质直接取决于肌肉发育程度。肌肉纤维的形成受复杂生物学过程调控，其中泛素-蛋白酶体系统(UPS)通过可逆的泛素化修饰发挥关键作用。虽然E3泛素连接酶在肌肉发育中的作用已被广泛研究，但作为UPS重要组成部分的去泛素化酶(DUB)家族，尤其是泛素特异性蛋白酶(USP)亚家族在牛肌肉发育中的功能仍知之甚少。

目前研究存在三个关键问题：牛USP基因家族缺乏系统鉴定；肌肉特异性USP成员不明；USP调控成肌细胞行为的分子机制不清。这些问题严重制约了通过遗传育种手段改善牛肉品质的进程。为此，Yufei Zan等研究人员在《BMC Genomics》发表了突破性研究，首次完成牛USP基因家族全基因组分析，并揭示关键USP成员调控肌肉发育的分子机制。

研究采用四大关键技术：1) 基于NCBI和Ensembl数据库的USP基因全基因组鉴定；2) 多组织RNA-seq和qPCR验证肌肉特异性USP表达谱；3) 平凉红牛成肌细胞分化模型建立；4) siRNA干扰结合CCK8实验验证关键USP功能。样本来源于中国甘肃平凉市30月龄、体重750kg的平凉红牛。

USP基因家族鉴定与进化分析

通过比较基因组学方法，在8个牛亚种中鉴定出48-53个USP基因。牛(Bos taurus)的53个USP蛋白理化性质分析显示，分子量跨度达407kDa，亚细胞定位以细胞核为主。系统发育分析将503个USP蛋白分为13个进化分支，染色体共线性分析揭示了牛亚种间高度保守的USP基因分布模式。

肌肉特异性USP筛选与功能验证

组织表达谱分析发现USP2、USP13、USP19、USP25、USP28、USP38、USP47和USP53在肌肉组织高表达。qPCR验证证实这些基因在平凉红牛肌肉中特异性表达。

USP调控成肌细胞行为机制

siRNA干扰实验显示：

• •

  沉默USP2、USP28、USP38和USP47均显著抑制成肌细胞增殖(CCK8实验证实)

• •

  USP2/USP28/USP38沉默促进分化，而USP47沉默抑制分化

• •

  USP38在分化早期上调，USP19/USP28/USP47在晚期上调

这项研究首次系统阐明了牛USP基因家族的进化特征和表达模式，发现USP2/USP28/USP38/USP47通过差异调控成肌细胞增殖分化影响肌肉发育。特别值得注意的是，USP47展现出与其他成员相反的分化调控作用，暗示USP家族可能存在功能拮抗网络。

研究成果具有三重重要意义：1) 填补了牛USP家族研究的空白；2) 为分子育种提供了新靶点；3) 揭示了去泛素化酶在肌肉发育中的双向调控机制。未来研究可进一步解析关键USP的下游信号通路，为开发提高牛肉产量和品质的遗传干预策略奠定基础。