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本文为研究鸡UCP基因调控机体能量代谢机理,利用RNA干扰技术抑制avUCP基因表达,构建avUCP转基因鸡动物模型;然后,在分子、细胞和机体3个水平层次上,对avUCP转基因鸡能量代谢特点展开研究。整个研究内容分为四部分,即avUCP转基因鸡的研究、avUCP转基因鸡骨骼肌组织中avUCP mRNA表达的研究、avUCP转基因鸡的生物学试验和avUCP转基因鸡的能量代谢特点研究;探索了avUCP基因沉默技术,研究了avUCP基因与avUCP在能量代谢调控方面的功能关系。
实验一avUCP转基因鸡的制备。
首先,从Genebank中查得已知avUCP序列(注册号:AB088685),然后根据已知avUCP序列设计shRNA;对shRNA进行①载体构建,②载体鉴定:限制性酶切和测序,③将重组载体(质粒)通过卵巢注射法导入鸡体,④进行G1代avUCP转基因鸡基因组DNA的鉴定。
结果:
(1)将合成的片段退火形成双链DNA与载体psiSTRIKE连接构建重组载体,分别命名为质粒A、B、C和D。以常规方法转化感受态大肠杆菌DH5α后,质粒经Pst Ⅰ酶切鉴定和上海生工生物工程技术服务有限公司测序证实为所需要的质粒。
(2)将质粒A、B、C和D分别导入鸡(各8只)卵巢中,经过人工授精和人工孵化种蛋432枚(包括非avUCP转基因鸡种蛋86枚),获得G1代健雏383只(包括非avUCP转基因鸡雏鸡76只),授精率和孵化率分别为96.7%和91.9%。
(3)对G1代307只avUCP转基因鸡基因组DNA鉴定和检测,结果阳性鸡为127只,其阳性率41.4%。
实验二avUCP转基因鸡骨骼肌组织中avUCP mRNA表达的研究。
目的:利用实时定量PCR(real-time quantitative PCR,RT-PCR)技术相对定量avUCP在鸡骨骼肌组织中的表达情况,为通过鸡骨骼肌组织中avUCP mRNA表达量反映机体能量代谢水平高低提供理论依据。
方法:选择第一章已鉴定的DNA阳性鸡127只和非avUCP转基因鸡76只,共203只,采取少许骨骼肌组织。将组织研磨,提取骨骼肌组织总RNA,经寡聚脱氧胸腺嘧啶逆转录为cDNA,采用实时荧光定量基因扩增仪(7900HT,ABI)实施定量PCR扩增,以avUCP作为待测基因,葡萄糖3-磷酸甘油醛脱氢酶(gluceraldehyde phosphatedehydrogenase,GAPDH)作为内标基因以监测RT-PCR系统的稳定性,进行定量及系列稀释,建立标准曲线,确定实时RT-PCR的扩增效率。然后,检测203份待检标本的avUCP和GAPDH的循环阈值(Ct)。根据标准曲线,仪器自动算出样本中avUCP和GAPDH的拷贝数/μl,各个样本以内标基因进行标化。于是,样本的相对表达量值等于目的基因表达量均值除以内标基因表达量均值。相对定量avUCP mRNA的表达量,比较avUCP在试鸡骨骼肌组织中的表达情况。结果与结论:avUCP转基因鸡改变了avUCP mRNA转录水平,avUCP转基因鸡与非avUCP转基因鸡之间avUCP mRNA的表达水平差异极显著(P<0.01),非avUCP转基因鸡骨骼肌组织中avUCP mRNA表达明显高于avUCP转基因鸡,二者相差11.61倍。说明了avUCP转基因鸡的avUCP基因表达受到了抑制,其抑制率为91.38%。
实验三avUCP转基因鸡的生物学试验。
试鸡经过基因组DNA鉴定、mRNA表达量的检测,选取了28日龄avUCP转基因矮脚黄鸡72只作为试验组和非avUCP转基因鸡72只作为对照组,每组设6个重复(公母各3个重复),每个重复12只鸡。经始重差异显著性检验后,差异不显著(P>0.05)则进入正式试验。试验期分为两个阶段,即第一阶段从28日龄至49日龄(21天),第二阶段从28日龄至70日龄(42天)。饲养管理按矮脚黄鸡D2系饲养操作规程进行。试验期试验组与对照组饲喂同一饲粮。当饲养试验进行到鸡45-49日龄、66-70日龄时进行代谢试验。代谢试验采用全收粪法进行,按日常饲养管理进行投料、供水,收集5d粪便,取粪样进行烘干、制样和样品测试。同期每个处理挑选出体重基本相似的12只(每个重复2只)鸡进行内源物样品的制备。当饲养试验进行到鸡70日龄时进行屠宰试验,每个处理挑选出体重相似的12 R鸡屠宰(每个重复2只),测定其活重、屠体重、半净膛重、胸肌重、腿肌重、腹脂重,计算胸肌率、腿肌率、腹脂率。
试验结果:
(1)avUCP转基因鸡采食量比非avUCP转基因鸡均有明显地下降,在28日龄至49日龄和28日龄至70日龄的平均每只每天采食量分别下降了11.34%和14.54%;avUCP转基因鸡饲料转化效率比非avUCP转基因鸡明显提高,在28日龄至49日龄和28日龄至70日龄分别提高了13.21%和17.41%。avUCP转基因鸡与非avUCP转基因鸡的生产性能受性别影响,雄性鸡比雌性鸡的采食量、日增重和饲料转化效率均存在显著的差异,雄性鸡的采食量、日增重和饲料转化效率比雌性鸡都要高。
(2)试验鸡在49日龄时,avUCP转基因鸡比非avUCP转基因鸡在能量表观代谢率、粗脂肪表观代谢率、能量真代谢率、粗脂肪真代谢率有不同程度的提高,其分别提高了3.3%、3.5%、2.7%、3.3%;70日龄avUCP转基因鸡比非avUCP转基因鸡在粗脂肪表观代谢率和粗脂肪真代谢率分别提高了5.9%和5.3%。avUCP转基因鸡在饲料干物质、能量、粗蛋白与粗脂肪代谢率方面,就性别而言,影响不大。
(3)avUCP转基因鸡比非avUCP转基因鸡的腹脂(绝对重与相对重)有所提高,在胸腿肌(绝对重与相对重)方面没有差别。结论:avUCP 转基因鸡的生物学试验表明,试鸡体重及增重变化不明显,而采食量显著降低,导致了饲料报酬显著提高;同时avUCP转基因鸡的饲料粗脂肪消化吸收及体脂沉积效率有所提高。说明了avUCP在试鸡体内的调节生长的作用,是以营养消化吸收和营养重分配的形式表现的。
实验四avUCP 转基因鸡能量代谢特点研究。
(1)能量沉积试验试鸡分别于28日龄、49日龄、70日龄时,每个处理挑选出体重基本相似的12只(公母各6只)鸡进行沉积试验,分别测定和计算28-49日龄和28-70日龄鸡能量、蛋白质和脂肪沉积率。
结果在整个试验期内,avUCP转基因鸡胴体粗脂肪含量均显著高于非avUCP转基因鸡(P<0.05);avUCP转基因鸡的粗蛋白质含量略低于非avUCP 转基因鸡,但差异不显著(P>0.05);avUCP转基因鸡的胴体能量值均高于非avUCP转基因鸡,经t检验,差异不显著(P>0.05)。说明avUCP转基因鸡在不同日龄的胴体成分均受到avUCP mRNA表达量的影响,其中对粗脂肪含量影响较为显著(P<0.05)。
(2)线粒体ATP含量的测定对骨骼肌样品进行预处理,利用ATP与荧光素+荧光素酶的荧光反应原理,通过LKB-1250型发光光度计测定线粒体中ATP含量。
结果试鸡在整个试验期内,ATP 含量随着鸡日龄增加呈现下降趋势,avUCP转基因鸡和非avUCP转基因鸡不论是组间还是组内,ATP含量差异均极显著(P<0.01)。说明试验鸡avUCP线粒体中ATP含量均受到avUCP mRNA表达量和鸡日龄的极显著影响(P<0.01)。
(3)试鸡血液指标的检测 avUCP 转基因鸡的血液生化指标受到了avUCP 基因极显著的影响(P<0.05或P<0.01)。avUCP转基因鸡血清游离脂肪酸水平、甘油三酯水平、胰岛素水平比非avUCP转基因鸡分别提高51.22%、39.06%、30.11%,而血糖、胆固醇、T<,3>水平和T<,4>水平变化不大(P>0.05)。说明avUCP转基因鸡的血清游离脂肪酸水平、甘油三酯水平、胰岛素水平均有上升的趋势,其中血清游离脂肪酸水平上升程度最大,差异均极显著(P<0.01)。
(4)试鸡骨骼肌avUCP mRNA表达水平的检测非avUCP转基因鸡骨骼肌组织中avUCP mRNA表达明显高于avUCP转基因鸡;雄性avUCP转基因鸡和非avUCP转基因鸡骨骼肌组织中的avUCP mRNA表达明显高于雌性,说明鸡骨骼肌组织中avUCP mRNA表达与性别有关。虽然avUCP mRNA的表达水平随着试鸡日龄的增长而呈现下降趋势,但差异不显著(P>0.05)。
结论:avUCP转基因鸡骨骼肌avUCP mRNA表达量发生了明显变化,avUCP基因经过RNA干扰处理后,avUCP mRNA表达受到了极大的抑制。试鸡骨骼肌avUCPmRNA表达量与机体能量代谢指标有着负对应关系,即avUCP mRNA低表达则机体能量利用率(ATP含量、能量沉积率等)高,反之,avUCP mRNA高表达则机体能量利用率低。