利用基因芯片技术筛选奶牛乳质性状相关基因

【摘要】：作为奶牛生产重要的经济性状,乳质性状主要包括乳蛋白量、乳蛋白率、乳脂量和乳脂率等方面,属典型的微效多基因控制的数量性状,可直接影响牛奶的营养、风味和牛奶产业的经济效益。由于生理和遗传因素均会使乳脂和乳蛋白产生波动,并影响乳品质,因此亟需依据市场和人类营养学的需求,利用功能基因和功能性单核苷酸多态性分子标记改善牛奶品质。 本试验选取金华伊康乳业奶牛场内处于干奶期、泌乳前期、泌乳中期以及泌乳后期的中国荷斯坦牛各15头作为研究对象,分析不同泌乳时期尾静脉血的牛基因组表达谱的变化情况。通过对不同泌乳时期差异表达基因进行KEGG通路分析后,选取与奶牛泌乳过程中密切相关的JAK-STAT信号通路作为研究对象,确定不同泌乳时期该通路内基因表达的变化情况,并根据各基因的生物学功能初步确定与泌乳性状相关的候选基因。此外,克隆了中国荷斯坦奶牛STAT1基因全长mRNA序列,并初步分析了STAT13'-UTR和STAT4基因intron20(?)勺SNPs用于中国荷斯坦奶牛泌乳性状分子标记辅助育种的可行性。 结果如下： (1)中国荷斯坦奶牛不同泌乳时期牛全基因组表达谱芯片结果显示,泌乳期样品的基因检测数远高于干奶期,不同时期基因的检测数及检测率为泌乳早期13091/54.30%,泌乳中期15007/62.20%,泌乳后期15241/63.20%,干奶期4762/19.70%。不同泌乳时期间,泌乳中期和干奶期之间2倍上调或下调的差异表达基因数量最多,分别为上调1447个,下调1613个；而泌乳中期和泌乳后期之间2倍上调或下调的差异表达基因数量最少,分别为上调16个,下调26个。 (2)不同泌乳时期2倍上调或下调的差异表达基因GO分类第一水平上的基因涉及细胞进程、多细胞生物体过程、生物过程负调控、生物过程正调控,免疫系统过程,生物过程调控、新陈代谢、生物调控、刺激应答、发育过程、定位、定位建立、生理过程等生物学过程；涉及到的细胞组成有细胞器、细胞器组分、细胞、细胞组分、大分子复合物；分子功能中涉及生物粘附、分子转运活性、结合、转运活性和催化活性。 (3)通过对不同泌乳时期所有2倍上调或下调的差异表达基因进行KEGG通路分析后,选取其中的JAK-STAT信号通路进一步分析,发现该通路中2倍上调或下调的差异表达基包括AKT1、AKT2、STAT1和STAT3在内的26个基因,涉及蛋白结合、受体活性、转录因子活性、丝/苏氨酸蛋白激酶活性、蛋白激酶活性等多种分子功能。 (4)成功克隆了4278bp的中国荷斯坦奶牛STAT1的全长mRNA序列,该基因包括286bp的5'UTR(1-286bp),2250bp、编码749个氨基酸的开放阅读框(287～2536bp)和1742bp的3'UTR(2537-4278bp)。对序列分析后发现,终止密码子后的927bp、1584bp和1688bp出现动物1nRNA中常见的加尾信号AAUAA,在第三个加尾信号后18bp处出现polyA尾。在终止密码子后的308bp、812bp和1468bp出现mRNA不稳定基序ATTTA.此外,还在该基因的5'UTR和3'UTR各发现了3种1nRNA的选择性剪接。 (5) STAT1的生物信息学分析显示,中国荷斯坦奶牛STAT1蛋白分子量为87098.6D,pI为5.80,为脂溶指数为87.82的亲水性蛋白。而与其他哺乳动物蛋白序列比对后发现,中国荷斯坦奶牛STAT1蛋白与绵羊同源性最高为99.60%,与其他哺乳动物顺次为,恒河猴和犬96.40%；人95.87%；猩猩95.73%；猪95.64%；绒毛猴95.47%；小鼠91.32%；兔90.25%；大鼠88.25%。另外,生物信息学分析结果显示,中国荷斯奶牛的STAT1带有STATs家族的保守结构域,如STAT_int、STAT_alpha、 STAT_bind、SH2和STAT_TAZ2结构域,并且该蛋白还存在多个丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点。 (6)以中国荷斯坦奶牛基因组DNA为模板,对已报道的与奶牛乳质性状相关的STAT1基因的3'UTR和STAT4内含子20内存在的SNP检测结果显示,中国荷斯坦试验群体在STATl3'UTR内未检测到多态；而在STAT4内含子20检测到一中度多态的SNP(G94715A,G94839C)。3种基因型与乳质性状的关联分析表明各基因型对305天产奶量、乳脂量、乳蛋白量、乳脂率和乳蛋白率均没有显著影响(P0.05),仅发现各基因型产奶量、乳脂量和乳蛋白量呈现出AAABBB的趋势,乳脂率和乳蛋白率呈现出AAABBB的趋势。

【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S823.91