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转录组和代谢组研究初步解析种母鸡精子贮存机制

杨戈  
【摘要】:雌性的精子贮存是动物界中广泛发生的生理现象,主要包括精子进入下生殖道、暂时贮存于精子贮存库以及精子活化释放等过程。对于体内受精的动物而言,精子贮存是异步交配与排卵的生殖基础。不同的动物有不同的精子贮存策略,在鸟类中,雌性的精子贮存依赖于分布在子宫阴道交接处(uterovaginal junction,UVJ)的精子贮存小管(sperm storage tubule,SST)。基于SST的存在,在一次交配之后鸟类可以保持几天至数周的持续受精能力,即贮精能力。鸡作为重要的养殖动物,已成为人类不可或缺的食物来源。种母鸡的贮精能力与其繁殖性能息息相关,对养鸡业的产能有很重要的影响。本研究以“京红1号”种母鸡为试验动物,测定其贮精能力表型性状,聚焦高、低贮精能力个体,整合转录组和代谢组分析初步鉴定种母鸡贮精能力性状的候选调控基因和标志代谢物,有利于进一步揭示母鸡精子贮存事件的调控机制,促进种母鸡的种质资源发掘以及该性状的分子遗传改良。结果如下:1.种母鸡贮精能力性状的测定与统计分析对300羽盛产期(34周龄)“京红1号”种母鸡进行授精后持续30天的饲养试验,重复5次,收集每只鸡的产蛋记录和受精记录。有效试验鸡共252羽,统计授精后母鸡产最后一枚受精蛋的天数(最长受精天数,the days post-insemination until the last fertile egg,DN)、授精后母鸡产受精蛋的个数(受精蛋数,the number of fertile eggs after insemination,FN)、受精率(fertility rate,FE)、产蛋数(total number of eggs,EN)作为种母鸡贮精能力表型性状,结果显示“京红1号”种母鸡的贮精能力表型性状存在明显的个体差异;正态性检验显示群体的DN、FN、FE、EN均不完全服从正态分布;相关性检验显示DN、FN、FE之间存在高度相关。以DN和FN为主要指标将试验群体分为高(n=30)、中(n=186)、低(n=36)精子贮存(sperm storage,SS)组。描述性统计显示高、中、低贮精能力组种母鸡的产蛋性能相近,然而DN、FN、FE却依次显著下降。2.高、低贮精能力种母鸡UVJ组织形态学比较对种母鸡的UVJ组织进行形态学观察,HE染色结果显示高贮精能力个体UVJ组织的SST密度显著高于低贮精能力个体;油红O染色结果显示相比于低贮精能力个体,高贮精能力个体UVJ组织的脂质含量更丰富。3.高、低贮精能力种母鸡UVJ组织转录组分析及验证通过高、低贮精能力种母鸡UVJ组织转录组分析(高vs.低,n=3),得到596个差异表达基因(336上调,260下调);差异表达基因的GO分析主要富集到微环境稳态调节、类固醇和脂质代谢、以及激素活动等生物过程;差异表达基因的KEGG分析主要富集到类固醇生物合成、脂质生物合成、离子信号、激素活动、糖代谢相关的功能通路;差异表达基因的互作网络分析显示最集中的分子网络参与类固醇和脂质代谢,以及类固醇激素合成过程。筛选调控种母鸡贮精能力性状的候选基因并通过RT-q PCR验证,表达趋势与转录组测序数据相符。进一步利用免疫组织化学发现候选基因(GNAQ,ST6GAL1)、脂质标志物(ADFP)、细胞增殖标志物(PCNA)在高、低贮精能力个体UVJ组织的蛋白表达模式没有明显差异。4.高、低贮精能力种母鸡血清代谢组分析通过高、低贮精能力种母鸡血清代谢组分析(高vs.低,n=6),共鉴定出40个差异代谢物,其中在正离子模式检测出31个差异代谢物(17个上调,14个下调),在负离子模式检测出9个差异代谢物(3个上调,6个下调);差异代谢物的相关性分析显示激素类代谢物之间表达高度相关;差异代谢物的KEGG富集分析在正离子模式鉴定出5个功能通路,在负离子模式鉴定出7个功能通路。KEGG分析主要富集到内源小分子代谢过程,包括alpha-Linolenic acid metabolism和amino sugar and nucleotide sugar metabolism,与UVJ组织转录组结果吻合。本研究初步建立了综合DN和FN评估“京红1号”种母鸡贮精能力的方法,整合转录组和代谢组分析筛选调控种母鸡贮精能力性状的候选差异表达基因(FKBP5,HSD11B2,DIO2,NPY,FADS2,AQP3,GNAQ,NANS,ST6GAL1)及候选标志代谢物(前列腺素B1,11β-前列腺素F2α,7α-羟基睾酮等激素以及N-乙酰神经氨酸),为评价和改良种母鸡的贮精能力性状,进一步解读母鸡的精子贮存机制提供了理论参考。


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