秦川肉牛PAI1基因生物信息学分析及其对肌内脂肪细胞增殖和分化的影响

作者：张殿琦; 马鑫浩; 杨志梅; 梅楚刚; 昝林森^*

来源：中国畜牧兽医, 2023, 50(05): 1729-1741.

DOI：10.16431/j.cnki.1671-7236.2023.05.001

• 秦川肉牛
• PAI1基因
• 生物信息学
• 肌内脂肪细胞

【目的】对秦川肉牛纤溶酶原激活物抑制剂1(plasminogen activator inhibitor 1,PAI1)基因进行生物信息学分析，检测PAI1基因在秦川肉牛不同组织中的表达水平并研究其功能，为秦川肉牛肌内脂肪沉积的分子育种提供理论依据。【方法】以分离自秦川肉牛背最长肌的肌内脂肪细胞为试验材料，PCR扩增PAI1基因CDS区，对所获序列进行相似性分析及系统进化树构建，并通过生物信息学软件预测其编码蛋白的结构和功能。通过实时荧光定量PCR检测PAI1基因在秦川肉牛不同组织中的表达量。合成PAI1基因siRNA并转染秦川肉牛肌内脂肪细胞，试验分为两组：对照组(NC)和干扰组(si-PAI1),通过EdU染色、CCK-8检测、流式细胞术、油红O染色观察表型变化，采用实时荧光定量PCR及Western blotting检测转录和翻译水平标志基因(PCNA、CDK1、CCND2、PPARG、PLIN2、FABP4)的表达。【结果】试验成功扩增出PAI1基因CDS区，大小为1 054 bp。牛PAI1基因氨基酸序列与水牛、山羊、人、小鼠、绵羊、黑猩猩的相似性分别为96.8%、95.8%、85.3%、76.9%、95.8%和85.3%。系统进化树表明，牛与水牛的亲缘关系最近，与小鼠的亲缘关系最远。生物信息学分析发现，细胞周期相关激酶参与了PAI1基因的磷酸化修饰；PAI1蛋白二级结构主要以α-螺旋和无规则卷曲为主；PAI1基因启动子上游2 000 bp存在成脂相关转录因子的结合位点。实时荧光定量PCR结果发现，PAI1基因在秦川肉牛各组织中均有表达，其中在肾周脂肪中的表达量最高，在背最长肌中的表达量最低。干扰PAI1基因后，与对照组相比，干扰组处于增殖期的细胞数量明显增多，CDK1、PCNA和CCND2基因mRNA表达水平极显著或显著上调(P<0.01;P<0.05),CDK1和PCNA蛋白表达水平明显增加。随着肌内脂肪细胞的分化，与对照组相比，干扰组脂滴数量明显增加，PPARγ、PLIN2和FABP4基因mRNA表达水平均极显著上调(P<0.01)。【结论】PAI1基因在物种间的保守性较强，可能通过磷酸化和转录因子参与肌内脂肪细胞的增殖和分化，干扰PAI1基因可促进肌内脂肪细胞的增殖和分化，提示该基因可能对肌内脂肪的沉积有重要的调控作用。

• 单位
  国家肉牛改良中心; 动物科技学院; 西北农林科技大学