超表达瘦素和脂联素对肌纤维类型和肌肉中脂肪分解关键功能基因影响的研究

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猪肉品质性状差异与基因表达差异密切相关,为此,本研究前期采用基因芯片技术比较了我国地方品种金华猪和外来品种长白猪背最长肌组织中基因表达差异,获得了一批在金华猪背最长肌高表达或过低表达的基因,从中选择了瘦素(Leptin)和脂联素(Adiponectin)进行基因功能验证。本论文通过构建小鼠超表达质粒和建立小鼠活体基因超表达模型,利用流体效应法、ELISA、荧光定量PCR、Western blot等技术,分别探讨Leptin和Adiponectin对肌纤维类型和脂肪分解相关功能基因以及相关转录因子表达的影响,揭示这两个基因调控不同品种间肉质差异的可能机制,从分子水平到生物整体水平对基因在机体内的调节功能进行较系统的研究。主要研究结果如下:1. Leptin和Adiponectin基因在金华猪和长白猪背最长肌中基因表达规律比较本研究前期采用基因芯片技术比较了我国地方品种金华猪和外来品种长白猪背最长肌组织中基因表达差异,筛选到了两个在金华猪与长白猪背最长肌中表达差异显著的基因:瘦素(Leptin)和脂联素(Adiponectin),结果显示,90日龄的金华猪背最长肌中Leptin和Adiponectin基因表达量分别是同日龄长白猪的2.20、2.58倍。为验证本研究前期芯片结果是否呈阳性,并研究Leptin和Adiponectin基因在不同日龄金华猪与长白猪背最长肌中的差异表达,本试验用Real-time PCR比较研究了Leptin和Adiponectin基因在不同日龄两品种猪的背最长肌的基因表达差异,结果显示:90日龄,金华猪Leptin和Adiponectin mRNA基因表达量均显著高于长白猪(p<0.01),芯片结果呈阳性;基因表达规律比较的结果表明:30、60、90、120日龄,金华猪Leptin和Adiponectin mRNA基因表达量均高于长白猪,其中在30、90、120日龄时差异极显著(p<0.01)。2.小鼠pVRmob和pTarget-Adiponectin超表达质粒的构建及超表达模型的建立为了研究Leptin和Adiponectin调控肉质的功能,本研究通过构建小鼠超表达质粒,运用流体效应法建立小鼠超表达模型,并利用ELISA、荧光定量PCR及Western blot等技术进行验证,为下一步基因功能研究奠定基础。质粒构建结果显示:小鼠pVRmob质粒中插入片段与NM008493.3 GI:34328437 cDNA序列一致;pTarget-Adiponectin质粒中插入片段与NM 009605.4 GI:87252710 cDNA序列一致,成功构建了小鼠pVRmob和pTarget-Adiponectin超表达质粒。超表达模型建立结果显示:pVRmob质粒已经通过物理性屏障,进入到肝细胞中,小鼠Leptin mRNA和Leptin蛋白已经在肝脏中表达,合成的Leptin蛋白分泌进入血液;同样,pTarget-Adiponectin质粒注射到小鼠活体内,在基因和蛋白水平上均能检测到肝脏中Adiponectin的表达,血清中也能检测到高浓度的Adiponectin,表明小鼠Leptin和Adiponectin超表达模型建立成功。3. Leptin基因对肉质关键功能基因表达的影响在成功构建小鼠pVRmob质粒以及小鼠超表达模型的基础上,用流体效应法将pVRmob质粒注射到小鼠体内,通过血液循环到达腓肠肌(Gastrocnemius muscle)和快速收缩型肌肉——趾长伸肌(Extensor digitorum longus muscle)产生调节作用,同时利用荧光定量PCR、实体荧光显微镜、Western blot等技术研究了Leptin基因对肉质的调控作用。结果显示,用流体效应法使小鼠体内超表达了Leptin,在外源基因仍维持表达的第七天,腓肠肌和快肌趾长伸肌中氧化型Ⅰ型肌纤维含量分别增加118.75%(p<0.05)和140.05%(p<0.05),腓肠肌与氧化型Ⅰ型肌纤维表达有关的转录因子PGC-1αmRNA的表达也提高了104.67%(p<0.01),PGC-1α蛋白水平升高(p<0.05),趾长伸肌PGC-lαmRNA表达水平升高61.73%(p<0.05),蛋白水平也明显提高(p<0.05);腓肠肌与脂肪分解密切相关的关键基因ATGL、HSL、LPL mRNA表达水平分别比对照组增加144.79%(p<0.05)、102.43%(p<0.01)、80.09%(p<0.05);趾长伸肌中上述三个基因表达水平也分别比对照组高162.25%(p<0.05)、124.69%(p<0.05)、110.13%(p<0.05);腓肠肌中与脂肪代谢有关的转录因子FOXO3a mRNA表达也提高了43.73%(p<0.05),趾长伸肌中SIRT1 mRNA表达水平分别增加了61.45%(p<0.05),蛋白水平也相应升高(p<0.01)。本研究结果揭示Leptin可能通过调节肌肉中转录因子PGC-1α的表达来调控Ⅰ型肌纤维的含量,调节SIRT1、FOXO3a的表达量进而影响脂肪分解关键功能基因ATGL、HSL、LPL mRNA的表达,从而影响肉质。4. Adiponectin基因对肉质关键功能基因表达的影响同时,本文应用流体效应法建立了小鼠Adiponectin(?)基因超表达模型,以研究Adiponectin基因在肌纤维发育和脂肪代谢上的功能。结果显示,用流体效应法使小鼠体内超表达Adiponectin,在外源基因仍维持表达的第七天,腓肠肌和趾长伸肌中氧化型Ⅰ型肌纤维含量分别增加61.35%(p<0.05)和104.81%(p<0.05);腓肠肌中PGC-1αmRNA表达水平分别比对照组高271.31%(p<0.01);趾长伸肌中PGC-1αmRNA的表达水平比对照组高246.26%(p<0.01),蛋白水平也明显提高(p<0.05);腓肠肌ATGL、HSL和LPLmRNA表达水平分别比对照组高64.84%(p<0.01)、23.62%(p<0.05)和83.81%(p<0.05),趾长伸肌中上述三个基因表达水平也分别比对照组高20.12%(p<0.05)、67.87%(p<0.05)和44.45%(p<0.05);腓肠肌中SIRT1和FOXO 34 mRNA表达水平分别比对照组高29.30%(p<0.05)和76.25%(p<0.01),趾长伸肌中此两个转录因子的基因表达水平也分别比对照组高27.78%(p<0.05)和38.97%(p<0.05),SIRT1蛋自水平也相应增加(p<0.01)。本研究结果揭示Adiponectin调控不同品种间肉质差异的可能机制是Adiponectin可能通过调节肌肉中转录因子PGC-1α的表达来调控Ⅰ型肌纤维的含量,调节SIRT1、FOXO3a的表达量进而影响脂肪分解关键功能基因ATGL、HSL、LPL mRNA的表达,从而影响肉质。上述研究揭示,脂肪细胞分泌因子Leptin和Adiponectin基因在影响肌纤维发育和脂肪分解代谢方面有着类似的功能,它们可能通过影响与肌纤维发育的相关的转录因子PGC-1α和与脂肪代谢相关的转录因子SIRT1、FOXO3a的表达进而影响肌纤维类型和脂肪分解关键功能基因的表达,从而调控肉质。
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