【摘 要】
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人工授精技术被广泛应用于畜牧业,但精子在体外保存过程中,会受到各类应激因素的影响,导致精子质量下降,降低生产效率。脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)是革兰氏阴性菌的外膜成分,有研究表明,LPS对精子具有损伤作用。亲本经历的各类应激会导致动物生殖细胞不同程度的损伤,此外,应激还可改变配子携带的表观遗传信息,并影响胚胎发育,继而影响子代性状。印记基因胰岛素样生长因子2(Insuli
【基金项目】
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国家自然科学基金(31872436)“炎症对猪附睾中tsRNA生成及向精子传递的影响与机制研究(31872436)”;
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人工授精技术被广泛应用于畜牧业,但精子在体外保存过程中,会受到各类应激因素的影响,导致精子质量下降,降低生产效率。脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)是革兰氏阴性菌的外膜成分,有研究表明,LPS对精子具有损伤作用。亲本经历的各类应激会导致动物生殖细胞不同程度的损伤,此外,应激还可改变配子携带的表观遗传信息,并影响胚胎发育,继而影响子代性状。印记基因胰岛素样生长因子2(Insulin-likegrowthfactor2,IGF2)的甲基化修饰参与父代应激影响子代表型的过程。本研究首先探究猪精液中LPS对精子质量的影响,并筛选提高精子活力的生理调节剂;然后建立LPS处理小鼠模型,研究在体情况下LPS对精子受精能力和IGF2甲基化修饰的影响;再进一步探究雄鼠交配前LPS处理对子代肝脏再生的影响及IGF2在该过程中的作用机制。1LPS对猪精子质量的影响及甜菜碱、甲硫氨酸的保护作用对新鲜采集的猪精液进行分析发现,猪精液中存在LPS(0.62 μg/mL,0.16-1.08μg/mL,n=10)。在纯化的猪精子体外储存过程中添加LPS,发现LPS可诱发猪精子线粒体膜电位下降和氧化损伤。在猪精子体外储存过程中,分别添加甜菜碱和甲硫氨酸,发现0.5 mg/mL甜菜碱和0.2 mM甲硫氨酸均可显著提高精子的活力和线粒体膜电位,并伴随线粒体DNA编码蛋白COX1表达水平的升高。同时添加线粒体型核糖体抑制剂(CP),可降低线粒体膜电位并下调COX1蛋白水平。上述结果表明猪精液中LPS对精子线粒体功能具有损伤作用,甲硫氨酸可通过促进线粒体型核糖体的蛋白翻译过程以提高线粒体活性和精子活力。2雄鼠LPS处理对精子受精能力和精子IGF2甲基化的影响为探究在体情况下LPS处理对精子质量的影响,本研究建立了 LPS处理小鼠模型,收集附睾尾精子并鉴定精子受精能力及基因印记基因IGF2的印记控制区(Imprinting control region,ICR)的甲基化水平。结果表明,LPS处理48 h后,精子活力降低,但顶体反应精子比例无显著差异;将其与正常雌鼠交配,其繁殖性能与正常雄鼠相比无显著差异。进一步收集精子,提取DNA并通过焦磷酸测序分析,发现LPS处理后小鼠精子印记基因IGF2 ICR的甲基化水平升高。3雄鼠交配前LPS处理对子代肝脏再生的影响及IGF2介导的作用机制父代应激影响子代表型是生命科学领域的研究热点。本研究中,我们利用LPS处理的雄鼠与正常雌鼠交配,对所得子代(F1)小鼠利用四氯化碳(CCl4)处理建立肝损伤模型,重点研究雄鼠交配前LPS处理对子代小鼠肝脏再生的影响。结果表明:与对照组(CON-F1)相比,LPS处理组的雄性子代(LPS-F1)在损伤后表现出更强的肝脏再生能力,表现为肝纤维化程度降低、细胞凋亡减少、肝细胞增殖增加。据报道,IGF2是促进生长和肝脏再生的主要有丝分裂原。我们发现,LPS-F1雄性子代肝脏中IGF2的表达水平显著上调,并伴随IGF2基因ICR区域甲基化水平升高,与F0雄鼠精子IGF2基因ICR区域甲基化水平相一致。以上现象在子代雌性小鼠均未发现。综上,父本交配前LPS处理改变精子中IGF2 ICR的甲基化修饰水平并传递至子代,进而提高雄性后代的肝脏再生能力,并具有性别特异性。
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