猪4个候选印记基因的分离、定位、印记状况和组织表达分析

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基因组印记是指子代中来自父母双方的等位基因的差异表达,即有些基因只有父源的等位基因有表达活性,而母源等位基因则处于沉默状态;反之,有的基因只表达母源等位基因,而父源等位基因保持沉默,具有这种现象的基因称为印记基因。研究表明,印记基因常成簇分布在染色体上并构成印记域;大多数印记基因是调控家畜生长发育的主基因,这些基因对家畜胚胎早期发育与出生后的生长速度、产肉量、瘦肉率、饲料效率等数量性状有着极大影响。此外,印记基因还与某些疾病的易感性和免疫性等有着密切的关系。因此,在猪中鉴定更多的印记基因并分析它们在哺乳动物之间的保守性,对寻找新的家畜改良和育种工具有着重要意义并为猪分子遗传育种提供基础分子生物学信息。大量研究表明,人的7q32和11p15.5及鼠的同线性染色体区域分别存在MEST/PEG1和CDKN1C/KCNQ1OT1印记域,这2个印记域内分布着具有重要的生物学功能并与SRS、BWS等疾病形成相关的基因。为了证实猪中该2个印记域的存在,本研究选取COPG2、MEST、CDKN1C和NAP1L4作为候选基因,以长白猪、荣昌猪及其F1代个体为实验动物,利用比较生物学与分子生物学方法,克隆COPG2、MEST、CDKN1C和NAP1L4基因,并分析其基因序列特点;然后利用IMpRH(法国农业科学院的辐射杂种克隆板)分析上述4个基因在猪染色体上定位信息;通过RT-PCR产物直接测序方法分析了这些基因在F1代个体组织的印记状况;并进一步利用Real-time PCR方法,分析其在初生或一月龄F1代个体不同组织的表达情况,取得了如下结果:1,利用PCR和RACE技术获得了4个候选基因的完整cDNA序列:(1)获得了猪COPG2全长2 817 bp cDNA序列,该序列包含35 bp的5’UTR、166 bp的3’UTR和2 616 bp的ORF,序列已提交至GenBank中,登录号为GU372414;COPG2核苷酸序列与人、鼠的COPG2核苷酸序列同源性分别为93%和89%,猪的COPG2编码的氨基酸序列与人、鼠的COPG2编码的氨基酸序列同源性为96%和95.5%;(2)获得了猪MEST基因2 167 bp核苷酸序列,该序列包含16 bp的5’UTR、1 222 bp的3’UTR和981 bp的ORF,序列已提交至GenBank中,登录号为HM126537;猪的MEST核苷酸序列与人、鼠的MEST核苷酸序列同源性分别为84%和88%;(3)获得了猪CDKN1C基因1 171 bp核苷酸序列,该序列包含786 bp的ORF,序列已提交至GenBank,登录号为HQ679903;(4)获得了猪NAP1L4基因全长2 655 bp cDNA序列,该序列包含470 bp的5’UTR、1 024 bp的3’UTR和1 161 bp的ORF,序列已提交至GenBank,登录号为HQ679902;猪的NAP1L4氨基酸序列和核苷酸序列与人的NAP1L4氨基酸序列和核苷酸序列同源性分别为94%和86%。2,利用长白猪×荣昌猪或荣昌猪×长白猪模型,通过PCR产物直接测序法,鉴定了4个候选印记基因的印记状况。(1)猪COPG2基因在一月龄猪心脏、胃、肌肉、肾、肺、膀胱、舌头、脂肪、肝脏、小肠和脾脏中均呈双等位表达;(2)猪MEST基因在一月龄猪心脏、胃、肌肉、肾、肺、膀胱、舌头和脂肪中表达父源等位基因,为母源印记基因,但在肝脏、小肠和脾脏中呈双等位表达;(3)猪CDKN1C基因在初生猪心脏、舌头、膀胱、卵巢、脾脏、肝脏、肌肉、胃、小肠和胎盘中表达母源等位基因,为父源印记基因,但在肺和肾脏中呈双等位表达。(4)猪NAP1L4基因在初生猪心脏、舌头、膀胱、卵巢、脾脏、肝脏、肌肉、胃、小肠、胎盘、肺和肾脏中均呈双等位表达。3,利用猪RPL32基因为内参,通过Real-time PCR方法,采用2-ΔΔCt方法分析荧光定量结果,并进行单因素方差分析,以探明其组织表达谱。(1)初生猪COPG2基因在胎盘中的表达量最高,其次是脾脏、卵巢、心、肌肉、舌头和肾脏,在肝脏、小肠、胃、肺和膀胱中的表达量相对最低;一月龄猪COPG2基因在肾脏中表达量最高,其次是肺,在胃、肌肉、肝、小肠、舌头和脾中相对表达量较低。(2)MEST基因在初生猪胎盘组织中表达量显著高于其它组织(P<0.01);在一月龄猪肾脏中表达量高于同时期其他组织(P<0.01),此外猪MEST基因的表达量随着出生发育后逐渐降低。(3)CDKN1C基因在初生猪胎盘组织中表达量显著高于其它组织(P<0.01);在一月龄猪肺和肾脏中表达量最高(P<0.01),肌肉和心中表达量次之(P<0.01),在脾脏、舌头、膀胱、胃、肝脏、脂肪和小肠中的表达量最低(P<0.01)CDKN1C在怀孕30天梅山猪胎盘组织中的表达量显著高于怀孕60天、90天和105天梅山猪胎盘的组织表达量,并且随着胎盘发育其表达量逐渐降低。(4)NAP1L4基因在初生猪胎盘组织中表达量显著高于其它组织(P<0.01),在肝脏和胃中的表达量最低(P<0.01);在一月龄猪肺、心和肾脏中的表达量最高(P<0.01),在脾脏和舌头中的表达量最低(P<0.01);NAP1L4在怀孕30天梅山猪胎盘组织中的表达量显著高于怀孕60天、90天和105天梅山猪胎盘的组织表达量,并且随着胎盘发育其表达量逐渐降低。4,用IMpRH克隆板,对猪COPG2、MEST、CDKN1C和NAP1L4进行了定位,结果表明COPG2和MEST被定位在SSC18q1.2-q2.2,与CL365941紧密连锁,LOD值分别为14.32和8.5; CDKN1C和NAP1L4被定位在SSC2,与IMpRH06175紧密连锁,LOD值分别为15.78和17.94。结论:染色体定位信息和印记状况证实了在猪18号和2号染色体上分别有MEST/PEG1和CDKN1C/KCNQ1OT1这2新印记域;且在哺乳动物之间,COPG2、MEST、CDKN1C和NAP1L4基因印记状况较保守。
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