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鹅的羽毛(绒)在人们的日常生活中具有广泛应用。鹅的正羽由初级毛囊发育而来,绒羽由次级毛囊发育所得,初级毛囊和次级毛囊的发生虽均起始于胚胎期,但二者独立发育,且次级毛囊发生时间晚于初级毛囊。卡洛斯鹅(灰雁属,Anseranser)属于高产绒品种,而目前对于其皮肤毛囊发育的相关研究则几乎未见报道。转录组测序技术已被应用于多种动物组织研究中,其挖掘筛选出的差异表达基因可作为目的基因,用于后续相关探究。肌节同源盒基因同系物2(Msh homeobox 2, Msx2)作为高度保守的转录因子,其对眼、牙齿、骨骼、小鼠毛囊等组织器官均发挥调控作用。因此,本研究首先对卡洛斯鹅胚胎期皮肤毛囊发生发育时间进行相应划分;随后,利用转录组测序技术筛选出可能与鹅皮肤毛囊发育有关的差异表达基因;最后,以差异表达基因Msx2作为目的基因,以期对Msx2基因在鹅皮肤毛囊发育方面的作用机理以及分子机制进行初步探究。研究内容及主要结果如下:
(1)通过对胚胎期第10-28天的鹅胚皮肤毛囊进行实体观察与组织学观察,在胚胎期第13天(E13),清晰可见鹅胚背部羽芽突出皮肤表面且整齐均匀排列,显微镜下观察到鹅胚背部表皮已经形成且出现隆起,判定此时处于初级毛囊发生时期;在第E18天,鹅胚背部羽毛出现角质化,苏木素伊红(HE)染色结果显示,羽芽长芽从表皮凹陷中长出,且初级毛囊与次级毛囊为独立发育,说明此时处于次级毛囊发育时期;在第E28天,鹅胚体表被黄色和黑色胎毛完全覆盖,且真皮层出现腺体、神经、血管等,证实了此时处于次级毛囊胚胎期发育较大时期。
(2)基于上述鹅胚胎期皮肤毛囊发育时间的划分,利用RNA-Seq技术对三个不同发育时间(E13、E18、E28)的背部皮肤毛囊组织进行了从头(denovo)转录组测序分析。在E13vs.E18、E18vs.E28、E13vs.E28时,分别获得了3001个、6634个、13780个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)。通过对DEGs进行趋势分析,并对呈现显著富集趋势(P<0.05)的模块0、3、4、7中的DEGs进行GO分析以及KEGG分析,注释得到了上皮形态发生(GO:0002009)、毛囊发育(GO:0001942)、角质形成细胞分化(GO:0030216)、皮肤发育(GO:0043588)等GO条目,以及焦点粘连信号通路(ko04510)、MAPK信号通路(ko04010)、Wnt信号通路(ko04310)等信号通路;并且,分析筛选出了FGF10、HDAC2、Wnt10a、DBI、Msx2等可能在鹅胚胎期皮肤毛囊发育过程中起到调控作用的关键基因。此外,qRT-PCR的试验结果证明了转录组测序结果的准确性。
(3)本试验以利用转录组测序技术所筛选出的可能与鹅皮肤毛囊发育相关的差异表达基因Msx2作为目的基因,构建过表达载体(pEGFP-N1-Msx2)以及小干扰RNA载体(si-Msx2),并成功转染鹅真皮成纤维细胞。pEGFP-N1-Msx2处理后,鹅真皮成纤维细胞的细胞活力极显著增高(P<0.01),且PCNA、Bcl2、CDK1、FOXN1和KGF基因的表达量均显著增加(P<0.05),FGF5和TGF-β1基因则显著下调表达(P<0.05);si-Msx2处理后,细胞活力极显著降低(P<0.01),且真皮成纤维细胞中PCNA、Bcl2、CDK1、FOXN1和KGF基因均显著下调表达(P<0.05),而TGF-β1基因则显著上调表达(P<0.05),FGF5基因极显著上调表达(P<0.01)。
综上所述,本研究对鹅(灰雁属)胚胎期皮肤毛囊的发生发育过程进行了三个时间的划分;并利用转录组测序技术,筛选出了可能对鹅胚胎期皮肤毛囊发育起到调控作用的信号通路以及差异表达基因。同时,本研究发现,Msx2基因可以抑制鹅真皮成纤维细胞的凋亡、促进真皮成纤维细胞的增殖,并推测Msx2基因可能通过影响鹅真皮成纤维细胞所分泌的生长因子的表达水平,从而对鹅皮肤毛囊的生长发育起到调控作用。本研究为后续对鹅皮肤毛囊不同发育时期进行针对性研究提供理论依据的同时,也为其提供了候选基因;此外,也为进一步研究Msx2基因在皮肤毛囊发育中的调控机制奠定了基础。
(1)通过对胚胎期第10-28天的鹅胚皮肤毛囊进行实体观察与组织学观察,在胚胎期第13天(E13),清晰可见鹅胚背部羽芽突出皮肤表面且整齐均匀排列,显微镜下观察到鹅胚背部表皮已经形成且出现隆起,判定此时处于初级毛囊发生时期;在第E18天,鹅胚背部羽毛出现角质化,苏木素伊红(HE)染色结果显示,羽芽长芽从表皮凹陷中长出,且初级毛囊与次级毛囊为独立发育,说明此时处于次级毛囊发育时期;在第E28天,鹅胚体表被黄色和黑色胎毛完全覆盖,且真皮层出现腺体、神经、血管等,证实了此时处于次级毛囊胚胎期发育较大时期。
(2)基于上述鹅胚胎期皮肤毛囊发育时间的划分,利用RNA-Seq技术对三个不同发育时间(E13、E18、E28)的背部皮肤毛囊组织进行了从头(denovo)转录组测序分析。在E13vs.E18、E18vs.E28、E13vs.E28时,分别获得了3001个、6634个、13780个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)。通过对DEGs进行趋势分析,并对呈现显著富集趋势(P<0.05)的模块0、3、4、7中的DEGs进行GO分析以及KEGG分析,注释得到了上皮形态发生(GO:0002009)、毛囊发育(GO:0001942)、角质形成细胞分化(GO:0030216)、皮肤发育(GO:0043588)等GO条目,以及焦点粘连信号通路(ko04510)、MAPK信号通路(ko04010)、Wnt信号通路(ko04310)等信号通路;并且,分析筛选出了FGF10、HDAC2、Wnt10a、DBI、Msx2等可能在鹅胚胎期皮肤毛囊发育过程中起到调控作用的关键基因。此外,qRT-PCR的试验结果证明了转录组测序结果的准确性。
(3)本试验以利用转录组测序技术所筛选出的可能与鹅皮肤毛囊发育相关的差异表达基因Msx2作为目的基因,构建过表达载体(pEGFP-N1-Msx2)以及小干扰RNA载体(si-Msx2),并成功转染鹅真皮成纤维细胞。pEGFP-N1-Msx2处理后,鹅真皮成纤维细胞的细胞活力极显著增高(P<0.01),且PCNA、Bcl2、CDK1、FOXN1和KGF基因的表达量均显著增加(P<0.05),FGF5和TGF-β1基因则显著下调表达(P<0.05);si-Msx2处理后,细胞活力极显著降低(P<0.01),且真皮成纤维细胞中PCNA、Bcl2、CDK1、FOXN1和KGF基因均显著下调表达(P<0.05),而TGF-β1基因则显著上调表达(P<0.05),FGF5基因极显著上调表达(P<0.01)。
综上所述,本研究对鹅(灰雁属)胚胎期皮肤毛囊的发生发育过程进行了三个时间的划分;并利用转录组测序技术,筛选出了可能对鹅胚胎期皮肤毛囊发育起到调控作用的信号通路以及差异表达基因。同时,本研究发现,Msx2基因可以抑制鹅真皮成纤维细胞的凋亡、促进真皮成纤维细胞的增殖,并推测Msx2基因可能通过影响鹅真皮成纤维细胞所分泌的生长因子的表达水平,从而对鹅皮肤毛囊的生长发育起到调控作用。本研究为后续对鹅皮肤毛囊不同发育时期进行针对性研究提供理论依据的同时,也为其提供了候选基因;此外,也为进一步研究Msx2基因在皮肤毛囊发育中的调控机制奠定了基础。