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绒山羊硫代谢基因和高硫蛋白基因家族及其成员参与绒毛生长调控的研究

柴圆  
【摘要】:山羊绒毛被誉为“纤维宝石”和“软黄金”,具有细而柔软,光泽良好,保暖性能强等优点,可用于制造各种轻、柔、美、薄、暖的针织品和纺织品。山羊绒毛主要由角质蛋白构成,角质蛋白含有丰富的含硫氨基酸。含硫氨基酸从毛囊周围的血管进入到毛囊周围的细胞外空间,穿过结缔组织鞘,经外根鞘细胞到内根鞘细胞,最后进入绒毛纤维的皮质细胞,这个过程涉及到血液、皮肤、毛囊三个组织中硫代谢系统的协调配合。含硫氨基酸和无机硫能够促进羊毛生长,是因为它们能够刺激合成代谢,增加可用于角蛋白合成的底物供给。硫与氮代谢密切相关,氮硫比受褪黑激素影响变化后促进绒毛生长。我们将褪黑激素和硫代谢基因以及高硫蛋白基因进行整合分析,以期发现硫代谢基因以及高硫蛋白基因影响绒毛生长的机制,参与这些机制基因的表达将作为本研究的重要的切入点。本研究主要研究绒山羊绒毛生长不同阶段硫代谢基因和高硫蛋白基因在皮肤组织和血液组织的表达规律;高硫蛋白基因等位基因特异性表达(ASE)分析;同时研究硫代谢基因、高硫蛋白基因与皮肤和血液基因的调控关系;另外通过分析埋植褪黑激素和对照组间皮肤、血液基因的变化情况,解析褪黑激素对皮肤、血液基因表达调控的作用。1.绒山羊所有注释基因中共发现53个高硫蛋白基因,硫代谢基因321个。皮肤特异表达硫代谢基因10个,血液特异表达硫代谢基因1个,皮肤和血液共表达硫代谢基因310个。高硫蛋白基因在皮肤中2月-5月基因表达丰度呈现出下降趋势,随后6月-9月表达呈上升趋势;52个高硫蛋白基因对应的蛋白质氨基酸表达模式与其他基因不同,半胱氨酸丰度较其他氨基酸高,丝氨酸次之。硫代谢基因在皮肤组织1月-6月表达趋势升高,7月表达缓慢下降,而在血液组织中随着月份的增加呈现出整体下降的趋势,7月后表达逐渐上升;皮肤中硫代谢基因差异上调个数比血液多。硫代谢基因可能在皮肤组织中发挥核心调控功能。2.皮肤高硫蛋白基因的表达与279个节律基因的表达相关。节律基因受褪黑激素影响后,7月表达发生转折。3月-6月对照组基因表达高于埋植组,7月-10月埋植组基因表达高于对照组。高硫蛋白基因与节律基因间的调控关系也受到褪黑激素的影响。由此说明,高硫蛋白基因、节律基因与褪黑激素间可能互相调控。3.53个高硫蛋白基因分布在山羊的1号染色体3M-4M和144M区域和19号染色体上40M-41M区域,我们发现19号染色体中40M-41M区域发生ASE的数量在全年绒毛生长时期较其他区域明显增多。1号染色体和19号染色体受褪黑激素影响后SNP的表达调控模式更为模块化。对照组29个高硫蛋白基因定位于19号染色体SNP高密度区;埋植组30个高硫蛋白基因定位于19号染色体中SNP高密度区。47个高硫蛋白基因与ASE转录因子和ASE转录辅因子表现出显著互作关系。4.86个高表达硫代谢基因与23个组织特异性表达基因的表达量显著相关。硫代谢基因CTH、CDO1、AHCY、MAT1A参与半胱氨酸代谢过程、硫氨基酸代谢过程,分别与PSMD12、ST6GALNAC2、SLC25A4、YWHAE和TUBA1C、RAD23B显著相关,这些基因仅在埋植组差异表达(皮肤VS血液),尤其在皮肤中表达上调,主要参与细胞能量代谢与细胞周期功能。由此说明,褪黑激素可能通过特异性上调皮肤中与细胞能量代谢以及细胞周期有关的基因进而激活硫代谢基因的表达,这对硫代谢基因受褪黑激素调控参与绒毛生长周期转换有了新的认识。5.绒山羊皮肤、血液基因的表达受褪黑激素影响。对照组皮肤组织休止期3月和休止期12月、1月、2月的差异基因数目随着休止期的结束逐渐减少;兴盛期初期4月和末期9月差异基因最多;退行期和兴盛期之间差异基因变化最多。对照组血液基因表达整体变化规律为1月-4月、10月-12月各月与6月、7月、8月差异基因较比其他月份差异基因数量增多。持续埋植褪黑激素后皮肤5月、6月、7月基因活动较为活跃,血液基因活动在11月份较全年其他月份丰富。不同组织间差异基因所参与的绒毛生长通路呈现组织特异性上调趋势,埋植组血液组织特异上调11个信号通路,埋植组皮肤组织特异上调9个信号通路;仅在埋植组组织特异性表达基因参与WNT信号通路和有机酸代谢通路,有机酸代谢信号通路是硫代谢过程的重要途径,这也表明了褪黑激素对硫代谢过程的影响。


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