基于多组学联合分析对内蒙古绒山羊精液抗冻性的研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sandland
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内蒙古绒山羊是我国重要的地方种质资源。优秀种公羊冷冻精液的生产推广,能够提高种公畜的利用效率,加速育种工作进程,为生产带来更高的经济效益。但内蒙古绒山羊冷冻精液活力不稳定,情期受胎率低,解冻后精液品质具有明显的个体抗冻性差异。为了建立一种高效的内蒙古绒山羊精液冷冻保存体系,本研究以内蒙古绒山羊为研究对象,采集精液,利用统一的冷冻解冻程序进行精液抗冻性筛选,并将其分为高抗冻组(High Freezability,HF)和低抗冻组(Low Freezability,LF),初步评估精子和精浆对内蒙古绒山羊精液抗冻性的影响。对内蒙古绒山羊HF组和LF组精浆进行蛋白质组-代谢组学联合分析,鉴定精浆中影响精液抗冻性的可能因素,其次利用脂质组学分析方法对内蒙古绒山羊HF组与LF组解冻后精子进行脂质差异表征。主要研究结果如下:(1)内蒙古绒山羊精液在冷冻-解冻后呈现抗冻性的个体差异,HF组冷冻解冻后精子各项运动参数以及结构完整性均显著高于LF组。精子和精浆的差异会影响精液抗冻性。(2)利用TMT(Tandem mass tags)标记定量蛋白质组学分析技术,从蛋白水平检测到HF组和LF组精浆间差异显著表达的蛋白质115个,HF组精浆中上调的蛋白质44个,LF组中上调的蛋白质71个。差异蛋白质GO(Gene Ontology)功能富集到22个生物学过程,14个细胞组分,10个分子功能。通过KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路分析,115个差异蛋白覆盖91条通路。差异表达蛋白中UQCRC1、DNAH1、APOA1、ADAM32、HTT、CADM1、STIP1是内蒙古绒山羊精液抗冻性的潜在生物标记。(3)利用非靶向代谢组学分析技术,从代谢水平检测HF组和LF组精浆间的差异,在正、负离子电离模式下均能很好地将HF组与LF组精浆区分,二者具有明显代谢差异。在正离子模式下鉴定到HF组与LF组间差异代谢物23种,在负离子模式下鉴定到HF组与LF组间差异代谢物18种,富集到17条代谢通路。变量权重值(Variable Importance for the Projection,VIP)最大的前15种差异代谢物是柠檬酸盐、Pro-Arg、酮异己酸、乙酰肉碱、L-谷氨酰胺、次黄嘌呤、L-焦谷氨酸、20-羟基-前列腺素F2a、15-酮-前列腺素E1、L-亮氨酸、酪胺、泛酸、油酸、L-苯丙氨酸和二氢胸腺嘧啶,这些代谢物可以作为内蒙古绒山羊精液抗冻性的潜在生物标记。(4)通过蛋白质组-代谢组学联合分析将得到的差异蛋白质和差异代谢物同时向KEGG通路投射,富集到11条通路,差异蛋白质和差异代谢物在矿物质吸收通路上显著富集,其中包含的差异蛋白为LOC102172488和FTH1,差异代谢物分别是L-谷氨酰胺、L-苯丙氨酸和L-亮氨酸。差异蛋白质TF与LOC102172488具有较高的序列一致性,且TF与FTH1均富集在矿物质吸收通路。TF与FTH1在HF组与LF组解冻后精子中均有表达,且LF组中TF蛋白的表达量显著高于HF组,HF组精子中FTH1蛋白的表达量显著高于LF组。检测HF组与LF组精浆中矿物离子的含量,发现HF组精浆中Fe2+、Zn2+、Ca2+、Mg2+、Cr3+含量显著高于LF组。说明Fe的转运、氧化及储存可能影响内蒙古绒山羊精液抗冻性,且精浆中Fe2+、Zn2+、Ca2+、Mg2+、Cr3+的浓度与精液抗冻性有关。(5)利用非靶向脂质组学分析内蒙古绒山羊HF组与LF组冷冻解冻后精子的脂质特征。在正、负离子电离模式下,HF组和LF组精子均能很好的区分,说明两者间存在差异显著的脂质特征。共鉴定到29个脂质亚类,1133个脂质分子,检测到显著差异脂质分子13个,分别其中3个属磷脂酰胆碱亚类(Phosphatidylcholine,PC),10个属甘油三酯亚类(Triglyceride,TG)。说明精子膜上PC分子和TG分子能够显著影响内蒙古绒山羊精子冷冻耐受性。本研究为阐明内蒙古绒山羊精液抗冻性调控机制,基于多组学联合分析分别研究精浆和精子对抗冻性的影响。发现精子和精浆中均存在影响精液抗冻性的因素,并筛选到精浆中影响精液抗冻性的潜在生物标记,且精浆中矿物质离子含量与抗冻性有关;精子的脂质差异是影响解冻后精子活力的关键。通过以上研究,期望对内蒙古绒山羊精液抗冻性有更好的认识,为提高解冻后精液品质,建立内蒙古绒山羊精液冷冻保存体系提供理论依据。
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