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目前,体细胞克隆虽然在多种哺乳动物中获得后代,但其效率仍然很低,只有2-5%,而且核移植过程中存在孕期流产率高、围产期死亡率高、新生儿死亡率高及动物出生后发育异常的问题,这严重制约了体细胞核移植技术在医药行业、动物生产及拯救濒危动物等方面的应用。在体细胞克隆中,供体核来自高度分化了的体细胞,在分化过程中,体细胞核获得了高度特异的DNA和组蛋白的表观遗传修饰,而发生在克隆后几小时内供体核的表观遗传修饰重编程,决定了克隆胚胎的发育能力。通常认为,供体核的不完全或异常重编程导致在发育过程中有重要作用的基因异常表达或没有表达是克隆效率低下的主要原因。
基因组印记是由等位基因表观遗传修饰的不对称导致的基因表达具有亲本选择性。发生在DNA‘CG二核苷酸上的甲基化是基因组印记的一个普遍调控方式。大多数印记基因在调控胚胎生长和出生后的发育中起重要作用。H19基因与胚胎形成和胎儿生长的调控有关;Xist基因是一种非编码的RNA,在X染色体失活过程中起着关键性作用;Mash2基因刺激单核滋养层细胞增殖和抑制双核细胞形成。
为了探求新生死亡的体细胞核移植牛中印记基因的DNA甲基化表观重编程是否充分,本研究利用亚硫酸氢盐测序法分析了H19、Xist和Mash2三个基因在出生48 h内死亡的克隆牛和正常对照牛肺脏中的DNA甲基化状态。实验结果显示,H19基因在体细胞核移植牛中甲基化程度较低,与正常对照组相比差异显著(P<0.05),并且9C3个体有3个CpG(第1,2,3位)表现出完全非甲基化;正常对照组中甲基化模式种类复杂,克隆组中甲基化模式的整齐度较好。Xist基因甲基化程度在体细胞核移植牛和正常对照牛中都较高,且没有显著差异。Mash2基因的平均甲基化水平在正常对照与体细胞核移植组中分别为20.04±9.99%和5.55±5.36%,组间差异显著(P<0.05),尤其是9C5个体在所检测的28个CpG位点中甲基化百分比为0.4%。
上述实验结果表明与生长发育密切相关的印记基因DNA甲基化的不完全重编程在体细胞核移植牛中具有一定的普遍性,DNA的异常甲基化会造成印记基因表达紊乱,从而影响个体器官的正常发育,可能是导致克隆效率低下和克隆动物器官发育异常的主要原因之一。