奶牛全基因组甲基化频率与泌乳性能关系及其受热应激的影响

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随着对奶牛研究的不断深入,表观遗传学逐渐被重视,作为可能影响奶牛泌乳功能调控的重要分子机制之一。表观遗传主要的修饰类型包括DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA。在不同生理状态和健康体况下,奶牛的乳蛋白的表达会受到DNA甲基化的调控。表观遗传受遗传和环境两大因素影响,奶牛的管理环境、饲养条件通过某种机制改变机体的表观遗传修饰特性,并且能将这一改变遗传给后代。热应激会使得奶牛在高温高湿环境中处于应激状态,进而影响产奶性能和机体健康,是制约我国奶牛业养殖发展的主要因素之一。本研究旨在从表观遗传角度研究奶牛生产性能的内在机制,同时探明环境对于表观遗传和生产性能的影响,为奶牛血液DNA整体表观遗传提供基础数据和研究方向。本研究首先分析了奶牛生产性能与血液基因组DNA甲基化频率的关联,探究相同饲养环境下奶牛生产性能的差异与血液基因组DNA甲基化频率的关系;同时分析热应激环境下奶牛生产性能和生理状态的变化,探究热应激环境对奶牛血液的基因组DNA甲基化和生理状态的影响。1.相同环境下奶牛血液DNA甲基化与生产性能的关系(试验一)。选择相同环境下饲喂的196头泌乳中期荷斯坦奶牛,连续三天记录奶产量,在第三天收集血液和牛奶样品,用试剂盒分析血液基因组DNA甲基化频率,并分析牛奶成分。研究获得了奶牛血液基因组DNA甲基化频率分布数值,平均为12.4%(范围:3.5%-22.6%)。通过比较不同奶产量奶牛的血液基因组DNA甲基化频率发现;奶产量、乳蛋白产量与血液基因组DNA甲基化频率呈现负的相关关系。这些结果提示,产量不一的泌乳奶牛可能存在着不同的遗传调控机制。2.热应激环境下奶牛血液基因组DNA甲基化及生产性能的变化(试验二)为了探究热应激对奶牛生产、生理生化的影响及其与血液基因组DNA甲基化频率的关系,选择18头高产荷斯坦奶牛,在夏季高温环境下连续记录其六周的采食量和奶产量,记录试验期间环境温湿度(用于计算温湿度指-THI)和奶牛直肠温度。在轻度热应激(72<THI<78)和中度热应激(78<THI<88)两个环境下中午饲喂前采集血液样品,分析血液指标,检测热应激蛋白的含量,同时提取血液DNA,检测DNA甲基化频率。结果显示:中度热应激时直肠温度显著高于轻度热应激(P<0.01),干物质采食量相比轻度热应激下降了 3.5 kg/日,产奶量显著下降3.9 kg/日。中度热应激环境下中午时血液DNA甲基化频率显著降低(P<0.01),过氧化物歧化酶浓度和总抗氧化能力显著上升,血液中γ-球蛋白浓度显著提高(P<0.01),四种热应激蛋白在两个时期无显著差异。表明中度热应激可严重影响奶牛的泌乳性能,甲基化频率降低,增强机体抗氧化能力,其内在机制有待于深入探究。综上所述,在奶牛日常生理代谢中,血液DNA会发生甲基化类型的表观遗传修饰,并会对奶产量和乳蛋白产量产生影响;不同程度热应激会对奶牛生理、生产产生影响,同时血液DNA甲基化也会发生变化,所以热应激有可能会通过表观遗传调控影响生产性能。
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