牦牛CAPN2基因的电子克隆及生物信息学分析

目的:对牦牛CAPN2基因进行电子克隆和序列分析,以期为进一步研究牦牛该基因与其肉质性状相关性以及基因结构和表达奠定理论基础。方法:利用人的CAPNA2基因cDNA序列为探针,在EST数据库进行同源性筛选,运用CAP3进行拼接得到完整序列并结合生物信息学进行序列分析。结果:牦牛CAPN2基因全长3 200bp,包含一个2 103bp的开放阅读框,共编码700个氨基酸;牦牛CAPN2的核苷酸序列与普通牛、羊、马、猪、小鼠、鸡、人相应序列间的一致性分别为99%、97%、90%、87%、85%、79%、90%。经聚类分析,牦牛首先与普通牛聚在一起,然后与羊、猪聚为一类;人与小鼠聚为一类;这两类相聚为一大类后,再依次与马、鸡相聚,其结果与以往的生物学分类结果一致。牦牛CAPN2基因编码蛋白的分子式为C3569H5503N255O1082S26,相对分子质量为79 935.2,理论等电点PI为4.86。结论:牦牛与普通牛、羊、马、猪、小鼠、鸡、人在CAPN2基因的编码序列具有较高有一致性。该基因编码的蛋白为位于细胞质中的水溶性蛋白。     

牦牛HSFY基因的克隆及其结构分析

Y染色体上的热休克转录因子(HSFY)是精子发生障碍的候选基因之一。通过克隆牦牛HSFY基因,并与普通牛Y染色体上的84条HSFY序列比对。结果表明:牦牛HSFY基因由2个外显子和1个内含子组成,与普通牛基因组中的相应序列的一致性高达99.54%。牦牛、普通牛的该基因具有4处插入/缺失,且序列与其相邻序列极为相似。在1 012-1 020 bp(Ⅰ)处有AAAGAAGA/TG等9个核苷酸缺失,位于内含子内;在1 071-1 073 bp(Ⅱ)、1 249-1 251 bp(Ⅲ)处分别有AAG、CCA/C等3个核苷酸缺失,位于第二外显子内,分别导致赖氨酸和组氨酸的缺失;在1 708-1 710 bp(Ⅳ)处有CAA 3个核苷酸缺失,位于3’末端非编码区。在普通牛的84条HSFY基因序列中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ插入/缺失分别有29、3、2、1次。未发现Ⅱ、Ⅲ同时缺失的拷贝,但Ⅱ、Ⅲ缺失均伴有Ⅰ缺失,且导致了蛋白三维结构的变化。牦牛HSFY是在睾丸中表达的多拷贝基因,经密码子偏好性分析,该基因编码的蛋白质偏好使用以A或T结尾的密码子。     

犏牛精子发生阻滞的比较转录组研究

犏牛是牦牛与普通牛的杂交后代,其雄性不育是牦牛杂交改良中的一大难题.运用高通量测序技术对健康成年犏牛和牦牛的睾丸组织进行转录组测序和比较研究,探讨了犏牛激素调节、精子发生及细胞凋亡等相关基因的表达情况.结果表明,犏牛、牦牛睾丸组织中分别有17784和18529个基因表达,在犏牛中表达显著上调和下调的基因分别有5000和4089个.犏牛睾丸组织中睾酮合成相关基因和抑制素基因表达均显著上调,认为前者的表达上调可能促进睾丸内睾酮分泌和后者的表达,而后者的表达上调可能分别抑制和几乎不影响脑垂体前叶合成、分泌促卵泡刺激素和黄体生成素.比较睾丸组织中细胞标记基因在两种牛间的表达差异,发现犏牛精原干细胞、支持细胞、间质细胞、肌样细胞(睾丸纤维化)和已分化精原细胞的标记基因分别呈显著表达上调和下调,而减数分裂后期或精子形成期呈极显著下调.精原干细胞自我更新与分化异常可能导致犏牛精子发生障碍,认为其与视黄酸信号通路障碍密切相关.Syce3,Fkbp6和Dmrt7等在犏牛睾丸组织中极显著表达下调与同源染色体间、尤其是性染色体间的联会复合体数量减少有关.Spo11和Dmc1分别参与双链断裂和同源修复过程,其在犏牛睾丸中表达下调分别可能使联会复合体减少和同源修复失常.参与高度浓缩细胞核的相关基因,尤其是Tnp2,Hmgb4和H1fnt等几乎不表达,其调控表达基因Crem,GRTH/DDX25等极显著表达下调,该现象与犏牛生精细胞最终只能分化至圆形精子细胞阶段的结果相符.促凋亡相关基因,如p53,TNF-α,Trail,Bmp8b,Bax,Caspase-3,Caspase-6和Caspase-7表达均显著上调,而抑凋亡基因,如survivin,Bcl-2等显著下调,这可能是导致犏牛睾丸组织中有更多的生精细胞发生凋亡的原因之一.通过对生殖相关基因的表达分析研究,为揭示犏牛雄性不育机理以及牦牛杂交改良研究提供了理论基础.