【摘 要】
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X精子(含X性染色体)和Y精子(含Y性染色体)在DNA含量、表面电荷等方面存在差异,而它们的DNA甲基化、精子核大小形态的差异特征还不清楚。故本研究以荷斯坦公牛性控X和Y精子为研究对象,从表观遗传学和形态学二个方面研究荷斯坦公牛性控X和Y精子的DNA甲基化、核大小和形状差异,为成熟精子性别差异及其遗传调控机制的分析和公牛性控精子生产过程中的流式分选和冷冻保存技术的改进提供理论依据。DNA甲基化在配
【基金项目】
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欧盟玛丽居里夫人人才基金(PIIF-GA-2012-328205);
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X精子(含X性染色体)和Y精子(含Y性染色体)在DNA含量、表面电荷等方面存在差异,而它们的DNA甲基化、精子核大小形态的差异特征还不清楚。故本研究以荷斯坦公牛性控X和Y精子为研究对象,从表观遗传学和形态学二个方面研究荷斯坦公牛性控X和Y精子的DNA甲基化、核大小和形状差异,为成熟精子性别差异及其遗传调控机制的分析和公牛性控精子生产过程中的流式分选和冷冻保存技术的改进提供理论依据。DNA甲基化在配子细胞的发生成熟及胚胎发育中发挥重要调控作用。为了掌握荷斯坦公牛成熟精子的DNA甲基化状态,掌握公牛性控X和Y精子DNA甲基化的差异区域和基因,本研究采用全基因组DNA甲基化测序(WGBS)技术对3头荷斯坦公牛性控X和Y精子的DNA甲基化水平及其差异进行了测定和比较分析,获得主要结果如下:(1)利用Hiseq-PE150平台分别对3头荷斯坦公牛性控X和Y精子的DNA进行了全基因组甲基化测序,共获得了480G数据量,每个样本约80G;(2)以单碱基的分辨率绘制了荷斯坦公牛性控X和Y精子的DNA甲基化图谱;(3)在X精子甲基化水平高于Y精子的区域中筛选出991个功能基因,这些基因主要富集在细胞内离子运输、细胞的增殖、凋亡和迁移等信号通路;(4)X精子甲基化水平低于Y精子的区域中筛选出1051个功能基因,这些基因主要富集在离子运输、ATP结合、内质网、高尔基体相关通路,其中有14个基因甲基化差异区域位于启动子区域。此外,精子核形态影响精子质量和受精能力。流式分选和精子冷冻是精液生产的主要技术,然而二者对精子核大小和形状的影响还不十分清楚。为了掌握荷斯坦公牛性控X和Y精子核形态及其差异,明确冷冻前后和流式分选前后的荷斯坦公牛精子、性控X和Y精子的核形态的变化特征,本研究比较分析公牛性控X和Y精子核形态及其差异,研究流式分选和冷冻二种因素对公牛精子的核形态的影响。获得主要结果包括:(1)使用荧光显微镜拍摄15头荷斯坦公牛冷冻前后及分选前后共6类精子核图像,经image J插件Nuclear Morphology Analysis筛选分析得到共3.7万精子核图像信息;(2)荷斯坦公牛性控X和Y精子核形态存在一定的差异,但两者间平均差异不显著;(3)流式分选和冷冻二种因素对荷斯坦公牛精子核大小具有显著性影响,对精子核大小的影响大于对核形状的影响;(4)冷冻对荷斯坦公牛Y精子的核大小的影响程度高于X精子。该研究结果将为精子流式分选、精子冷冻等生产技术的改进提供参考,以促进公牛生产性能和奶牛经济效益的提高。由于流式分选技术所获得的性控X和Y精子不能达到100%准确率(目前约90%及以上),可能对研究结果产生影响,故还需要使用更大样本量对本研究结果进行验证。
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