调控鸭胚胎早期发育及后期强弱关键基因的筛选与鉴定

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yummyumi
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孵化率是家禽的重要经济性状之一。与鸡的人工孵化率相比(81~85%),种鸭受精蛋的孵化率较低(65~82%),其影响因素主要包括种禽日龄、蛋的大小和蛋的污染程度等。目前,对禽类孵化率的研究多集中在遗传背景、种蛋品质和孵化条件等方面,其分子调控机制的研究甚少。禽类胚胎发育的早期和后期是影响孵化率的两个关键时间点,因此本论文旨在通过对这两个时期鸭胚发育差异表达基因或蛋白的网络调控模式进行研究,以期初步了解胚胎发育的分子机制,并为分子标记辅助育种,提高胚胎孵化率提供理论基础。  试验一:分别采集鸭上一个蛋产出后6h(卵裂期)和25h(明区形成期)的胚盘作为驱动组和实验组,采用DSN酶介导的均一化消减杂交方法(DSNH),建立了鸭早期胚胎发育相关基因的消减文库,并对筛选获得的关键基因进行实时荧光定量PCR(qPCR)验证。结果随机挑选216个阳性克隆进行测序,获得了66条差异表达序列,通过BLASTX比对,39个基因可注释到已知蛋白上。GeneOntology(GO)功能分类结果表明,差异基因分别与代谢、转录、转运、增殖/凋亡、细胞周期、细胞粘附和甲基化等生物过程或功能相关。此外,获得了编码302个氨基酸的Nanog基因cDNA序列全长,与其他物种相似,保守区为63氨基酸组成的同源结构域,是Nanog蛋白发挥功能的核心区。对关键基因进行qPCR验证,结果显示,在上一个蛋产出6h的胚盘中未检测到Nanog基因表达,20h有少量表达,25h较高表达(P<0.05)。HSP90AA1在20h和25h胚盘中的表达水平显著升高(P<0.05)。DEKmRNA在6h和20h胚盘中表达水平接近(P>0.05),而在25h表达极显著升高(P<0.05)。EIF2AK3、DNMT3B、RCP三个基因在25h的胚盘中表达显著上调(P<0.05),与建库结果一致。  实验二:应用基于新一代高通量测序技术(RNA-seq)结合生物信息学方法,分析了两组样本在转录组水平所有基因表达的差异。结果表明,正常出壳和辅助出壳组分别获得77,572,048和79,921,784原始reads,去除冗余、低质量的reads以及接头序列后,分别得到73,975,798和77,977,436cleanreads,用Trinity软件将其拼接,最终获得尽可能长的拼接转录本(unigenes)。对两组拼接数据进行统计,≥200bp的unigene分别有159,083和161,804个,平均长度为862bp和1206bp,N50的长度分别为1769和3059bp。两组拼接的所有非冗余序列用BLASTX软件与NCBINr和Swiss-Uniprot数据库进行比对与注释,74,045unigenes可以匹配到20,840个已知蛋白上。选择P<0.005、FDR≤0.001且差异大于2倍的基因为显著差异表达基因,结果获得注释的差异表达基因1629个,辅助与正常出壳组相比,510个基因表达上调,1119个基因表达下调。辅助出壳鸭肝脏中,与能量代谢相关的基因G6PC和ATP5A1表达上调,而参与免疫防御作用的关键基因GSTA1、GAL9、MHCⅠ和MHCⅡ表达显著下调,进一步的qPCR检测显示,ATP5A1、ATP7B、FEZ2、MHCⅠ和MHCⅡ5个基因的表达模式与转录组测序结果一致。此外,对转录组SSR标记分析表明,SSR标记重复类型以完全型为主,其中三核苷重复类型数目最多,其次是二核苷酸。不完全型中仅有二核和三核苷酸两种重复类型。  实验三:应用iTRAQ技术结合质谱鉴定与生物信息学方法,初步分析了辅助与正常出壳鸭肝脏蛋白质组的差异。结果鉴定出143个表达差异蛋白,与正常出壳组相比,辅助出壳组有78个蛋白表达上调,65个蛋白表达下调。GO注释和Pathway富集分析表明,这些蛋白主要是与糖代谢、氧气运输、应激反应、细胞骨架以及氧化还原代谢等生物过程或功能相关。辅助出壳组糖酵解通路中的4种酶(ALDOB、G3P1、PGK和ENO)和细胞呼吸通路中的3种酶(ACOC、CYC和NDUA4)表达均显著上调;参与氧气运输的3种血红蛋白(HBAD、HBA和HBE)和应激保护的3种热休克蛋白(HSP60、HSP10和GRP78)表达均显著下调。利用qPCR检测ACO1、ALDOB、G3P1和SPA8基因在mRNA水平的表达,结果表明在辅助出壳鸭肝脏中,ACO1mRNA的表达显著上调(P<0.05),ALDOB、G3P1和HSPA8mRNA的表达显著下调(P<0.05),部分基因的mRNA与蛋白质的表达模式不一致。蛋白互作网络分析表明,HSPD1、G3P1、PGK1是最核心的蛋白,提示它们在鸭胎发育过程中发挥着重要的作用。  本研究一方面探讨了鸭早期胚胎发育的分子调控机制,获得了Nanog、HSP90AA1、DEK、DNMT3B等多个调控胚胎细胞增殖与分化的关键基因。另一方面分别从转录组和蛋白组水平对正常和辅助出壳鸭肝脏组织差异基因表达进行了分析,发现弱胚现象与能量代谢紊乱和免疫调节障碍有关。本研究为鸭胚胎发育的分子调控机理以及分子辅助育种工作奠定了基础。
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