大白猪与梅山猪肝脏组织差异表达基因的分离以及基因功能的研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Q13696800
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随着猪基因组研究工作的不断深入,与猪生产性状(生长、胴体与肉质性状)相关的很多新基因被证实。但相对猪的整个基因组来说,仍然有大量基因还未被发现。长期以来,中外猪种由于遗传背景、长期所处的地理环境以及选育方式等的不同,从而形成了各自的种质特性,使其在生产性状方面存在很大的差异。肝脏是机体最大的腺体,具有重要的生理功能,它在机体糖代谢、蛋白质代谢、脂肪代谢、维生素代谢和激素代谢过程中均具有重要的作用。而中外猪种间的品质差异可能与肝脏中的物质代谢有关。因此,本研究以猪肝脏组织为试验材料,利用mRNA差异显示技术分离大白猪和梅山猪肝脏组织的差异表达基因,对所获得的差异表达基因进行功能分析选出SMNDC1(Survival motor neuron domain containing 1)、HOXA5(Homeobox A5)、TIAF1(TGFB1-induced anti-apoptotic factor 1)、MYO18A(MyosinⅩⅧa)和POLDIP2(Polymerase(DNA-directed),delta interacting protein 2)基因,以及通过候选基因法获得的差异表达基因PHKG2(Phosphorylase kinase,gamma 2),对这些基因作了进一步研究,取得了如下结果:1.利用mRNA差异显示技术对60日龄大白猪和梅山猪肝脏组织的基因表达情况进行了分析,试验中共检测了200对引物组合(10条锚定引物和20条随机引物)的差异显示结果,观察了近3000条EST条带,其中1000多条可在重复PCR中出现。2.共获得70条差异显示EST,通过BLAST比对发现,一些EST与GenBank数据库中已知序列无同源性,采用半定量RT-PCR方法对这些EST进行验证,结果表明所获得的差异条带中大部分表现有差异,但也有一部分为假阳性。3.采用Real-time PCR技术与半定量RT-PCR技术相结合的方法对这6个差异表达基因在大白猪和梅山猪肝脏组织的表达情况进行了进一步的鉴定,结果表明HOXA5、TIAF1、MYO18A以及POLDIP2基因在梅山猪肝脏组织中高表达;SMNDC1和PHKG2基因在大白猪肝脏组织中高表达。4.结合生物信息学克隆、比较基因组学和RACE(Rapid amplification of cDNA end)技术,获得了6个差异表达基因的cDNA序列,除MYO18A基因外均包括完整的开放阅读框(Open reading frame,ORF),MYO18A基因所获得的cDNA序列包括部分编码区序列;(1)SMNDC1,获得cDNA序列1875bp,其中ORF为717bp,编码238个氨基酸,GenBank登录号为EU571478;(2)HOXA5,获得cDNA序列1395bp,其中ORF为813bp,编码270个氨基酸,GenBank登录号为EU024116;(3)TIAF1,获得cDNA全长序列1633bp,其中ORF为348bp,编码115个氨基酸,GenBank登录号为EU872207;(4)MYO18A,共2个转录本,获得了MYO18A1 cDNA序列6231bp,MYO18A2 cDNA序列6186bp,两者的区别在于MYO18A2缺失第39外显子;(5)POLDIP2,获得cDNA序列2410bp,其中ORF为1107bp,编码368个氨基酸;(6)PHKG2,获得cDNA序列1469bp,其中ORF为1221bp,编码406个氨基酸,GenBank登录号为EU169240。另外,还获得了6个基因的基因组DNA序列,并分析了其基因组结构,基因的所有内含子和外显子的拼接位点都符合GT-AG规则。5.利用DNAStar、CLUSTAL W等软件对猪差异表达基因SMNDC1、HOXA5、TIAF1、MYO18A、POLDIP2和PHKG2的基因结构、所编码的蛋白质结构以及功能等特征进行了预测和分析,并构建了分子系统进化树。6.为了进一步研究这些基因的功能,根据差异表达基因已有的研究结果,采用Real-time PCR技术和半定量RT-PCR技术对候选基因进行了时空表达谱分析。结果显示,SMNDC1基因在大白猪和梅山猪背最长肌的发育过程中呈现了不同的表达模式。在大白猪出生后的背最长肌中的表达量随着日龄的增长而递减;而在梅山猪出生后背最长肌中SMNDC1的表达量随着日龄的增长而递增。HOXA5基因在大白猪出生后的背最长肌中的表达量随着日龄的增长而递减,在3d的表达量最高,之后随着日龄的增长而逐渐减少;TIAF1基因在大白猪出生后各时期的背最长肌中均有表达,表达量差异不显著。另外,对6个差异表达基因在不同组织(心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、胃、小肠、子宫、卵巢、背最长肌以及脂肪)的表达情况做了分析,结果显示它们在大多数组织中表达,且表现不同的表达特征。7.SNPs的检测结果证实HOXA5基因有3个潜在的SNPs,其中一个可用于PCR-RFLP的SNP位点,即C1817A-Bpu1102 I-RFLP,位于内含子中;TIAF1基因有5个潜在的SNPs,其中一个可用于PCR-RFLP的缺失突变位点,即PCR-Eco47 I-RFLP位于外显子中;POLDIP2基因有6个潜在的SNPs,其中一个可用于PCR-RFLP的SNPs位点,即C306A-BsuR I-RFLP位于第三外显子中;PHKG2基因有3个可用于PCR-RFLP的SNPs位点,即位于第八外显子中的G785A-Mst I-RFLP和G866A-Tag I-RFLP,以及位于第九外显子中的G875A-Pst I-RFLP。8.对HOXA5、TIAF1、POLDIP2以及PHKG2基因共6个多态性位点在不同猪群中进行了基因分型,结果表明这些位点在这些猪群中具有丰富的多态性,并在2000年、2003年和2004年大白×梅山猪F2代资源家系中与重要生产性状进行了关联分析,结果表明:(1)猪HOXA5基因C1817A-Bpu1102 I-RFLP位点所形成的不同基因型在眼肌面积性状存在显著差异(P<0.05);(2)猪TIAF1基因缺失突变位点(PCR-Eco47 I-RFLP),不同基因型在胴体长性状存在显著差异(P<0.05),在背最长肌大理石纹评分和肌内脂肪含量这2个性状存在极显著差异(P<0.01);(3)猪POLDIP2基因C306A-BsuR I-RFLP位点,不同基因型在胴体长性状存在极显著差异(P<0.01),在肩部背膘厚和平均背膘厚性状存在显著差异(P<0.05);(4)猪PHKG2基因G785A位点(PCR-Mst I-RFLP)多态性与瘦肉率呈极显著相关(P<0.01),与内脂率呈显著相关(P<0.05);G866A位点(PCR-Taq I-RFLP)多态性与瘦肥肉比例呈极显著相关(P<0.01),与瘦肉率、内脂率、肩部背膘厚和平均背膘厚呈显著相关(P<0.05);G875A位点(PCR-Pst I-RFLP)多态性与瘦肉率呈显著相关(P<0.05)。9.利用基因组PCR步移的方法从猪基因组中扩增了SMNDC1基因1242bp的5’侧翼序列,利用NNPP、MethPrimer、TFSEARCH等生物信息学软件对猪SMNDC1基因的核心启动子区、转录起始位点、CpG岛的分布以及与启动子相结合的转录因子进行了预测和分析。10.采用5’端缺失策略,结合启动子预测结果,构建了10个SMNDC1基因启动子区重组子,将其转染猪PK15细胞系,并利用荧光素酶双报告基因系统检测了它们的活性,结果表明:在所构建的猪SMNDC1基因5’侧翼序列的10个重组子中,除pGL-SMNDC931和pGL-SMNDC349外,其它重组子的荧光素酶活性与阴性对照均达到显著水平(P<0.05),表明它们均具有启动子活性。pGL-SMNDC688活性较强,到pGL-SMNDC349活性下降了3倍多,说明这一区域可能存在负的调控位点,从pGL-SMNDC349到pGL-SMNDC109活性升高,达到最大值,表明该区域可能存在正的调控位点。
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