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在哺乳动物中，绝大部分基因同时转录来自父源和母源的等位基因，表现为双等位基因表达，遵循孟德尔遗传规律。但有少量基因，只转录来自父源或是母源一方的等位基因，表现为单等位基因表达，这些基因被称为印记基因(Imprinted genes)。印记基因的这种表观遗传(Epigenetic)现象，又称为基因组印记(Genomic imprinting)。印记基因调控细胞的增殖和分化，在动物的胚胎发育，出生后生长以及行为调控中起重要作用。印记基因的异常表达会导致多种疾病的发生。因此，深入透彻的研究印记基因对揭示疾病的致病机理以及研发治疗的相关药物具有重要意义。
目前关于印记基因的研究，主要集中在小鼠和人两个物种。牛由于具有实验动物所缺少的诸多优势，成为后基因组时代一个具有潜力的研究人类疾病的模式物种。目前在牛中被鉴定的印记基因还比较少。PWS/AS印记区域是哺乳动物中最大的印记区域之一，该区域基因的异常表达与人类的神经发育障碍疾病-普拉德-威利综合征和天使综合征(Prader-Willi syndrome/Angelman syndrome，PWS/AS)有关。本文首先对牛PWS/AS印记区域中多个印记基因的结构、组织表达及印记状态进行分析，并进一步鉴定了该区域的3个DNA差异甲基化区(Differentially methylated regions，DMR)，研究结果如下:
1.IPW(Imprinted gene in the Prader-Willi syndrome region)是位于PWS/AS印记区域中的一个长非编码RNA(Long non-coding RNA，lncRNA)基因。本研究首先应用RACE及RT-PCR技术，得到牛IPW基因的10个转录物(GenBank accession No.MG 680262-MG 680271)，其中1个来自3-RACE，4个来自5-RACE，5个来自RT-PCR。通过与牛基因组序列比对，发现牛IPW基因中存在12个外显子(exon A-L)。应用RT-PCR方法对其中的8个转录物在牛不同组织中的表达进行分析，发现不同转录物在牛的大脑、心、肾、肝、肺、脾、脂肪和肌肉8个组织中呈现出一种复杂的组织特异性表达模式。应用基于单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP)的方法对IPW基因在牛组织和胎盘中的等位基因表达进行分析，发现牛IPW基因在心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪、大脑等组织及胎盘中均呈现单等位基因表达。通过CPC(Coding Potential Calculator)在线软件预测IPW基因的编码蛋白的潜能，结果为负值，说明IPW为lncRNA。
2.Sno-lncRNAs是以核仁小RNA(Small nucleolar RNAs，snoRNA)为5端和3端，首先在人PWS/AS印记区域中被发现的一类新的lncRNA。本研究中，应用RT-PCR技术在牛的PWS/AS印记区域鉴定出4个sno-lncRNA，分别命名为sno-lncRNA1、sno-lncRNA2、sno-lncRNA3和sno-lncRNA4。通过与基因组序列比对，发现牛的PWS/AS印记区域有6个拷贝的sno-lncRNA1、sno-lncRNA2和sno-lncRNA3和一个拷贝的sno-lncRNA4。通过序列比对分析发现，sno-lncRNA1、sno-lncRNA2和sno-lncRNA3为不同的剪接体。RT-PCR分析4个sno-lncRNAs在牛组织及胎盘中的表达，发现4个sno-lncRNAs在牛的心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪和大脑8个组织中都表达，而在胎盘中只检测到Sno-lncRNA1和sno-lncRNA2的表达。通过在sno-lncRNA4序列鉴定的A/GSNP(rs448706424)，分析sno-lncRNA在牛组织中的等位基因表达，发现sno-lncRNA4在牛的心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪和大脑8个组织中均呈现单等位基因(等位基因A)表达。
3.NDN、MAGEL2和MKRN3是3个位于PWS/AS印记区域染色体近端的蛋白编码基因。分析NDN、MAGEL2和MKRN3在牛心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪、大脑等组织中表达模式，发现这3个基因在牛组织中广泛表达且呈单等位基因表达。在牛的胎盘中，NDN，MKRN3和MAGEL2表现为单等位基因表达。通过对杂合子胎盘的父本母本基因型的鉴定，发现NDN，MKRN3和MAGEL2在杂合子胎盘中为母源印记的基因。
4.通过亚硫酸盐测序法鉴定了牛PWS/AS印记区域的3个DMR区，其中NDNDMR和MKRN3DMR个分别位于NDN基因的启动子区和MKRN3基因的5UTR区，而PWS-ICDMR区位于牛SNRPN基因的启动子区及第一外显子上。通过分析3个DMR区在配子中的甲基化状态，发现PWS-ICDMR在精子中表现为低甲基化状态，而在卵母细胞中出现高甲基化现象，推测出牛的PWS-ICDMR是来源于配子时期的初级调控区。NDNDMR和MKRN3DMR在配子中的甲基化模式均为低甲基化，推测二者的形成是在受精后逐渐形成的二级调控区。分析NDNDMR和MKRN3DMR在组织中的甲基化水平，发现二者均呈现明显的差异甲基化模式，表明NDNDMR和MKRN3DMR的甲基化修饰调控NDN和MKRN3基因在牛中的印记。
以上研究结果不仅丰富了牛印记基因的数量，也将为牛作为模式生物揭示人疾病的分子机理奠定基础。
目前关于印记基因的研究，主要集中在小鼠和人两个物种。牛由于具有实验动物所缺少的诸多优势，成为后基因组时代一个具有潜力的研究人类疾病的模式物种。目前在牛中被鉴定的印记基因还比较少。PWS/AS印记区域是哺乳动物中最大的印记区域之一，该区域基因的异常表达与人类的神经发育障碍疾病-普拉德-威利综合征和天使综合征(Prader-Willi syndrome/Angelman syndrome，PWS/AS)有关。本文首先对牛PWS/AS印记区域中多个印记基因的结构、组织表达及印记状态进行分析，并进一步鉴定了该区域的3个DNA差异甲基化区(Differentially methylated regions，DMR)，研究结果如下:
1.IPW(Imprinted gene in the Prader-Willi syndrome region)是位于PWS/AS印记区域中的一个长非编码RNA(Long non-coding RNA，lncRNA)基因。本研究首先应用RACE及RT-PCR技术，得到牛IPW基因的10个转录物(GenBank accession No.MG 680262-MG 680271)，其中1个来自3-RACE，4个来自5-RACE，5个来自RT-PCR。通过与牛基因组序列比对，发现牛IPW基因中存在12个外显子(exon A-L)。应用RT-PCR方法对其中的8个转录物在牛不同组织中的表达进行分析，发现不同转录物在牛的大脑、心、肾、肝、肺、脾、脂肪和肌肉8个组织中呈现出一种复杂的组织特异性表达模式。应用基于单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP)的方法对IPW基因在牛组织和胎盘中的等位基因表达进行分析，发现牛IPW基因在心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪、大脑等组织及胎盘中均呈现单等位基因表达。通过CPC(Coding Potential Calculator)在线软件预测IPW基因的编码蛋白的潜能，结果为负值，说明IPW为lncRNA。
2.Sno-lncRNAs是以核仁小RNA(Small nucleolar RNAs，snoRNA)为5端和3端，首先在人PWS/AS印记区域中被发现的一类新的lncRNA。本研究中，应用RT-PCR技术在牛的PWS/AS印记区域鉴定出4个sno-lncRNA，分别命名为sno-lncRNA1、sno-lncRNA2、sno-lncRNA3和sno-lncRNA4。通过与基因组序列比对，发现牛的PWS/AS印记区域有6个拷贝的sno-lncRNA1、sno-lncRNA2和sno-lncRNA3和一个拷贝的sno-lncRNA4。通过序列比对分析发现，sno-lncRNA1、sno-lncRNA2和sno-lncRNA3为不同的剪接体。RT-PCR分析4个sno-lncRNAs在牛组织及胎盘中的表达，发现4个sno-lncRNAs在牛的心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪和大脑8个组织中都表达，而在胎盘中只检测到Sno-lncRNA1和sno-lncRNA2的表达。通过在sno-lncRNA4序列鉴定的A/GSNP(rs448706424)，分析sno-lncRNA在牛组织中的等位基因表达，发现sno-lncRNA4在牛的心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪和大脑8个组织中均呈现单等位基因(等位基因A)表达。
3.NDN、MAGEL2和MKRN3是3个位于PWS/AS印记区域染色体近端的蛋白编码基因。分析NDN、MAGEL2和MKRN3在牛心、肝、脾、肺、肾、肌肉、脂肪、大脑等组织中表达模式，发现这3个基因在牛组织中广泛表达且呈单等位基因表达。在牛的胎盘中，NDN，MKRN3和MAGEL2表现为单等位基因表达。通过对杂合子胎盘的父本母本基因型的鉴定，发现NDN，MKRN3和MAGEL2在杂合子胎盘中为母源印记的基因。
4.通过亚硫酸盐测序法鉴定了牛PWS/AS印记区域的3个DMR区，其中NDNDMR和MKRN3DMR个分别位于NDN基因的启动子区和MKRN3基因的5UTR区，而PWS-ICDMR区位于牛SNRPN基因的启动子区及第一外显子上。通过分析3个DMR区在配子中的甲基化状态，发现PWS-ICDMR在精子中表现为低甲基化状态，而在卵母细胞中出现高甲基化现象，推测出牛的PWS-ICDMR是来源于配子时期的初级调控区。NDNDMR和MKRN3DMR在配子中的甲基化模式均为低甲基化，推测二者的形成是在受精后逐渐形成的二级调控区。分析NDNDMR和MKRN3DMR在组织中的甲基化水平，发现二者均呈现明显的差异甲基化模式，表明NDNDMR和MKRN3DMR的甲基化修饰调控NDN和MKRN3基因在牛中的印记。
以上研究结果不仅丰富了牛印记基因的数量，也将为牛作为模式生物揭示人疾病的分子机理奠定基础。