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光照信号速激肽及其受体基因调节山羊生殖激素分泌机理

施会彬  
【摘要】:速激肽(Tachykinins,TKs)属于激肽类家族成员,研究表明,速激肽通过下丘脑神经元影响促性腺激素释放激素(GnRH)的释放,从而影响动物发情、排卵和妊娠等一系列生殖过程。目前认为,有两个主要通路调控哺乳动物繁殖现象,一是受外界光照的影响,松果体分泌褪黑激素直接作用于垂体峡部结节部,调控促甲状腺素,然后促甲状腺激素把信息反馈至下丘脑来调控哺乳动物相应的生殖功能;另外一个通路是垂体通过调节催乳素(PRL)节律性释放来调节哺乳动物的季节性繁殖现象,这个通路中的重要信号物质可能包括速激肽在内的一系列低分子量肽。因此,研究速激肽及其受体基因在山羊下丘脑、垂体和卵巢等组织器官内的表达量变化与长短光照之间的联系,为探究其参与山羊繁殖过程调控下丘脑-垂体-性腺轴作用机理提供理论依据。本试验以饲养在河南科技大学周山校区牧场的20只河南槐山羊空怀母羊为研究对象,母羊平均年龄一周岁,平均体重37.75kg。羊只的光照处理分为短光照时期(8 h光照:16 h黑暗)和长光照时期(16 h光照:8 h黑暗),短光照期为六周,长光照期为四周。利用Primer Premier 6.0引物设计软件,设计目的基因的特异性引物,以合成的cDNA第一链为摸板,成功克隆了槐山羊TAC1、TACR1、TACR2和TACR3基因的cDNA序列并进行了测序。并通过相关生物信息学分析软件,对速激肽及其受体基因基因进行了较为深入性的分析。结果显示:TAC1、TACR1和TACR2基因均无跨膜结构域,分别可编码130、407和384个氨基酸残基;TACR3基因有7个跨膜结构域,可编码539个氨基酸残基。采用转录组测序技术对山羊下丘脑组织进行转录组测序和生物信息学分析,筛选出与山羊繁殖相关的信号通路及候选基因。结果显示:RNA-Seq共得到了4.4亿条reads,平均每个样本的reads数为5249万条;长短光照两组共富集到了241个信号通路,包含448个差异表达基因(DEGs);Real-timePCR分析结果显示,转录组测序结果可靠;差异表达基因(DEGs)显著地富集在Calcium signaling pathway(钙离子信号通路,chx04020),共筛选出3个候选基因——速激肽家族相关基因TACR1,TACR2和TACR3。利用免疫荧光、免疫组化,蛋白免疫印迹,荧光定量PCR,酶联免疫法等技术手段,研究长短光照条件下,TAC1、TACR1、TACR2和TACR3基因在各组器官中的相对表达量变化,以及外周血液中PRL、LH和FSH的含量的变化。结果显示:当动物处于短光照期一天24小时内,血清种PRL、LH和FSH等激素的即时含量总体水平高于动物处于长光照时的即时含量;由短光照进入长光照后TAC1、TACR1和TACR3基因,在各组织器官中的整体表达水平呈下降趋势(TACR2基因呈上升趋势)。体外垂体细胞培养发现:通过添加外源性速激肽及其受体基因表达抑制剂或激动剂,抑制或促进速激肽基因在垂体细胞中的表达,对垂体细胞分泌催乳素产生一定的影响,且催乳素含量的变化,随速激肽基因表达量的增加而升高,反之下降。结论:外界长短光照条件及速激肽及其受体基因,与山羊季节性繁殖及催乳素等生殖激素的分泌有着密切相关的联系。光照可能协同速激肽基因调控山羊下丘脑-垂体-性腺轴等器官的功能活动。本次研究初步探明了光照介导的速激肽及其受体基因对山羊生殖调控或神经内分泌活动的影响,发现山羊作为短光照季节性繁殖动物,受光照信号的影响,其机体内与繁殖相关的速激肽及其受体基因水平也随之发生变化,从而对山羊体内催乳素等生殖激素的分泌产生一系列的调控作用。具体体现为:山羊由短光照时期进入长光照时期后,速激肽及其受体基因水平在垂体和生殖器官中呈下降趋势,山羊机体内催乳素等生殖激素的含量受速激肽及其受体基因的调控而降低。该研究不仅为进一步阐明速激肽基因调节哺乳动物生殖生理提供理论参考,而且也为今后人们对山羊速激肽及其受体基因的生物学研究提供相关的生物信息学资料。


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