家兔毛囊发育规律及其相关基因的遗传效应、表达规律研究

来源 :扬州大学 | 被引量 : 23次 | 上传用户:yp0202
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对于毛用动物而言,其被毛有着重要的经济价值。寻找影响动物毛质性状的候选基因一直是众多研究的目标,目前的研究主要集中于人和羊,而在家兔中的研究很少,这大大制约了毛兔育种的进展。毛发中的角蛋白相关蛋白(Keratin Associ ated Protein, KAP)是毛发的基本结构成分之一,在毛皮质中,角蛋白所构成的中间微丝纤维Intermediate Filaments,IFs)包埋在由KAP构成的基质中,二者以半胱氨酸(Cys)残基连接形成二硫键,共同形成毛干。在哺乳动物中,角蛋白和角蛋白相关蛋白占毛纤维总重的65-95%,是组成毛纤维的骨架。FGF5在小鼠和大鼠体内有重要的生物学功能,尤其是皮肤毛囊的周期性生长的重要调控因子,是目前研究发现唯一与毛长有直接关系的基因。因此,对KAPs基因和FGF5基因的研究对于家兔的毛用性状育种具有一定的意义。本研究中采取了PCR-SSCP和PCR-RFLP技术分析了闽西南黑兔、海狸色獭兔、白色獭兔、九疑山兔、皖系长毛兔群体的KAP3.1、KAP3.3、KAP6.1和FGF5基因的遗传多样性;量取福建黄兔、德系长毛兔、美系獭兔(2周龄、4周龄、6周龄、8周龄、12周龄、16周龄、20周龄)颈部、背部、臀部、腹部粗毛和细毛的长度,以分析家兔兔毛的生长情况;对福建黄兔、德系长毛兔、美系獭兔(0周龄、2周龄、4周龄、6周龄、8周龄、12周龄、16周龄、20周龄)的背部和臀部皮肤组织进行了组织切片观察,以分析其毛囊不同时期的组织学形态变化;采用了实时荧光定量PCR技术对福建黄兔、德系长毛兔、美系獭兔(0周龄、2周龄、4周龄、6周龄、8周龄、12周龄、16周龄、20周龄)的背部和臀部皮肤组织中KAP3.1、KAP3.3、KAP6.1口FGF5的表达规律进行了分析。本研究的主要结果如下;1.本研究首次获得了家兔KAP3.1、KAP3.3基因的全长CDS序列。并将家兔KAP3.1和KAP6.1基因序列提交至GenBank数据库(HM147283和HM147284,HM068868和HM068869)。经GenBank数据库中与其它物种序列的比对,家兔KAP3.1,KAP3.3,KAP6.1和FGF5基因序列与小鼠、猪、人、黑猩猩、牛等哺乳动物的同源性均达80%以上,一方面说明这些基因在不同物种中存在着一定的差异,另一方面说明了这些基因在进化过程中是相对比较保守的。本研究对不同家兔群体的KAP31、KAP3.3、KAP6.1和FGF5基因的全长CDS区域进行了多态性检测。KAP3.1基因于KAP3.1-1座位上发现C91T突变,处于编码区内,但未引起氨基酸发生改变(均为丝氨酸),为沉默突变。KAP3.3基因于KAP3.3-2座位中,发生了A358G、CA373-374TG、A435G和G467T等四处突变位点,但这些突变位点均处于3’端非编码区。本实验所扩增KAP6.1基因的包括了5’端序列的基本元件(CAAT盒、增强子、CACCC盒、TATA盒),相对于GenBank中的原序列(M95718),分别在5’端侧翼区发现5处插入突变和CDS区域6个碱基的缺失。KAP6.1-1座位存在2种等位基因,C1等位基因相对C2等位基因在原序列的694位点上有1个插入(G),并发生了G744C和A755G突变,且A755G突变处于该序列的增强子区域。在FGF5基因上,FGF5-1A座位中,220-222处发现了TCT碱基的缺失,即丝氨酸缺失;在FGF5-3B扩增产物的中发现了T58C突变,导致该位点编码的亮氨酸突变为丝氨酸,这两个突变位点,造成了家兔FGF5基因序列的变化。其他基因座位则未检测出多态位点。所有群体在具有突变的位点上都处于Hardy-Weinberg平衡(P>0.05)。KAP3.1-1座位的多态信息含量都较低,各群体的整齐度较高,其原因可能长期的选育过程可能对该基因的影响不大。在KAP3.3-2座位中,闽西南黑兔、海狸色獭兔、九疑山兔的多态信息含量差异不大,均处于中度多态,说明三个群体受到的自然和人工选择的选择压大小相当。而在KAP6.1-1座位中C1等位基因频率较高,肉兔(闽西南黑兔、九疑山兔)的多态信息含量高于獭兔和毛兔,同时皖系长毛兔的多态信息含量为0,FGF5-1A座位中,E1等位基因频率较高,并且皖系长毛兔群体中未发现E2等位基因,其原因可能本研究所采的样本数不够大,也可能是长毛兔、獭兔均是由肉兔突变而来,对于毛兔、獭兔的长期选育过程可能造成C2和E2等位基因频率的降低所致。2.本研究中以不同家兔品种初生后至青年期不同皮肤部位为研究对象,分析比较了毛囊发育情况,同时测量了不同家兔品种不同时期兔毛的长度以分析其生长情况。福建黄兔的初级毛囊直径不同时期增长幅度最大,德系长毛兔次之,而美系獭兔增长的幅度最小,而平均次级毛囊直径差异不大。家兔毛发生长前期(初生后),各个品种均较难发现粗毛,而后期,福建黄兔、德系长毛兔粗毛率明显上升,与家兔的毛发直径情况相符。德系长毛兔、福建黄兔、美系獭兔的次级毛囊不同时期的直径差异不大,但在形态上具有较大的区别。说明家兔的毛囊发育与羊相似,也具有周期性,且该周期与家兔的年龄性换毛时间情况相符。德系长毛兔、福建黄兔、美系獭兔的平均表皮层厚度差异不大。美系獭兔的平均表皮层厚度和皮肤总厚度(表皮层厚度+真皮层厚度)最大,福建黄兔次之,德系长毛兔最小。肉兔和皮兔的皮肤厚度要高于毛兔。家兔毛长性状的测定时,相同兔种中不同部位的毛长并不相同,所有兔种的背部、臀部被毛比颈部、腹部长;而同一部位的粗毛长度比细毛略长。不同家兔兔毛的生长波持续时间和强度不同,皮兔和肉兔的兔毛生长波持续的时间较毛兔短,而早期强度高于毛兔。3.本研究采用了实时荧光定量PCR技术首次对福建黄兔、德系长毛兔、美系獭兔不同部位皮肤组织的KAP3.1、KAP3.3、KAP6.1和FGF5等基因的表达规律进行了分析,发现这些基因在相同兔种、同一时间点不同皮肤组织中的表达情况并不完全相同。KAP3.1基因在所有品种中0周龄时的表达量均处于较高的水平,且在福建黄兔和美系獭兔中的表达量高于德系长毛兔。德系长毛兔不同性别、皮肤部位的表达规律相似,总体上均处于缓慢上升趋势。而福建黄兔和美系獭兔KAP3.1基因的表达则出现较大的波动,多数部位在4周龄和12周龄时都有不同程度地下降趋势,所不同的是该基因在福建黄兔12周龄母兔背部的表达量出现小幅度的上升,而在美系獭兔中出现显著下降,至最低点。不同家兔品种的KAP3.3基因的表达趋势与KAP3.1的表达趋势基本相同。KAP6.1基因在三个品种中不同部位不同时期的总体表达趋势均处于波动状态。福建黄兔中,不同性别背部和臀部都是在4周龄时表达量达到最低,除在12周龄母兔臀部的表达量达到最高外,其余都是在16周龄表达量达到最高。德系长毛兔中,0-6周时,背部和臀部间的表达差异较大。美系獭兔中,所有不同性别和部位的表达趋势相似,初生的仔兔均具有一定的表达量,但是不同性别和部位间的差异较大。4周龄时均降至一个较低水平,随后有所回升且逐渐趋于平缓。初生仔兔不同部位均存在一定的FGF5基因表达量,且福建黄兔表达量最高,美系獭兔次之,德系长毛兔最低。福建黄兔中,虽然该基因在各阶段不同性别不同部位的皮肤组织中的表达量有所不同,但整体趋势基本一致。美系獭兔的表达规律与福建黄兔基本相同,但在12周龄时表达量的下降程度较福建黄兔明显;而在德系长毛兔中,不同部位不同性别的表达趋势较为相似,0周龄时,FGF5的表达量均处于最低点,随后逐渐上升。本研究中所有群体的4个基因在家兔初生时均具有一定的表达量,说明毛囊的发育和毛发的生长在家兔胚胎时期就已进行。4个基因在不同家兔品种中的表达趋势并不完全一致,德系长毛兔的KAP3.1、KAP3.3、FGF5基因表达均呈现出一个缓慢上升的平滑趋势,而KAP6.1基因则呈现出不规则的波动。4个基因在福建黄兔和美系獭兔4周龄和12周龄时均表现出较大程度地波动,推测可能与家兔的年龄性换毛有一定的关系。同时,肉兔和獭兔的各个基因的表达规律较为接近,此结果与家兔的不同经济用途较为接近。同时,家兔的不同性别,不同部位的表达量也不尽相同,这与家兔不同部位的毛长发育情况不同的情况相似。KAP3.1和KAP33基因在不同家兔群体中的表达规律基本一致,可能这两个基因在不同时间段的表达机制相似,存在协同效应。
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