绒山羊光控增绒的效果评价和机制研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 6次 | 上传用户:nannoha2
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绒山羊产业,是我国畜牧业的重要组成部分,具有主导国际羊绒市场的重要地位。中国是全球羊绒生产和出口第一大国,羊绒产业的发展繁荣具有战略意义。然而,我国当前高端羊绒刚性需求与羊绒提质增效缓慢、环境荒漠化加剧的矛盾日益凸显,解析羊绒生长机制并推广绿色增绒技术是绒羊产业未来可持续发展的战略需求。  光控增绒是一种绿色增绒技术,具有高效、环保、低成本的技术优势,但该技术推广应用尚不成熟,在不同群系绒山羊中的增绒效果差异显著,短日照促进绒生长的分子机理有待解析。本论文针对绒山羊次级毛囊生长周期界定存在分歧、关键调控因子的作用不明晰、短日照响应机制不清等重要问题,在自然光照和短日照条件下,对内蒙古绒山羊的绒长、绒重、激素进行全年动态监测,对光控增绒效果进行多方位系统的评价;在次级毛囊一个完整生长周期内,分七个不同的时间点,采集皮肤样品,通过石蜡切片的苏木精-伊红染色法,进行光控组和对照组的毛囊生长情况的比较;借助转录组测序技术进行皮肤转录组差异表达分析,筛选与增绒相关的关键基因及其调控网络。本项目深入挖掘绒山羊光控增绒的分子机制,为光控增绒技术提供坚实的理论基础,同时对该技术在我国绒山羊主产区的优化和推广具有重要意义。  1.通过石蜡切片的苏木精-伊红染色法比较不同毛囊生长周期的发育水平,结果表明:(1)自然光照下,内蒙古阿尔巴斯型绒山羊的次级毛囊生长周期可以细分为:生长前期(5-7月份),生长期(8-12月份),退行期(1月份)和休止期(2-4月份);(2)光控处理,即缩短日照时间,促使次级毛襄在6月份就提前由生长前期进入生长期,且进入退行期和休止期的时间与自然光照组相同,表明光控增绒技术通过诱导羊绒提前进入生长旺盛期,而未提前停止生长,延长了生长期,从而使羊绒产量提高了54%。  2.对一个完整毛囊生长周期内外周血中褪黑激素和催乳素动态监测表明:(1)光控组6月份褪黑激素水平有略微升高的趋势,而对照组急剧下降;(2)催乳素水平在光控期间一直处于较低水平,可能导致了短日照促进毛囊生长期的延长;(3)褪黑素、促乳素随次级毛囊生长呈现显著性周期变化,但由于组内个体激素水平差异过大,导致组间激素水平差异不显著。  3.正常光照条件下各毛囊生长周期绒山羊皮肤组织的比较转录组分析结果表明:(1)基于主成分分析证明内蒙古绒山羊次级毛囊生长周期可以细分为生长前期,生长期,退行期和休止期四个时期,与组织形态学分析一致;(2)共筛选到不同生长时期转换的显著差异表达基因1713个,其中两个转换期差异基因最多(退行期-休止期962个、生长前期-生长期744个);(3)上述两个转换期间共表达相同基因332个,包括25个转录因子,绝大多数基因的表达趋势呈相反模式;(4)差异表达基因的层次聚类分析鉴定8个基因表达聚类模式(K1-K8),其中62%的基因表达皆呈现出周期性,这些基因在与皮肤发育、毛囊周期和细胞增殖的生物学进程中显著富集,表明其可能是调控绒山羊次级毛囊周期性生长的关键基因。  4.光控组和对照组的比较转录组分析表明:(1)光控组6月份已经进入到毛囊生长旺盛期,与毛囊形态分析结果一致;(2)筛选到951个差异表达的基因,其中6月份差异表达的基因最多(597个),多数基因(246/597)具有周期性表达模式,并显著富集与毛囊脱落、指甲发育等生物学通路,表明这些基因在毛囊发育时期转换中具有重要作用。(3)筛选并鉴定到8个山羊毛囊中高表达或特异性表达的转录因子,这8个转录因子多数在人、鼠毛囊发育过程起至关重要的调控作用。(4)对转录因子Csdc2进行了细胞功能实验,通过siRNA在小鼠成纤维NIH/3T3细胞中抑制Csdc2表达后,发现细胞增殖率显著下降(p<0.01)。进一步验证发现,与毛囊发育相关的基因Foxn1和Notch1表达量显著下调(p<0.05),推测该转录因子可能是新发现的参与调控毛囊生长发育的过程的基因。  本论文从组织形态学、比较转录组学、分子细胞学试验,对内蒙古绒山羊光控增绒机制进行了较为全面的研究,对绒山羊次级毛囊周期进行了更为准确的界定、发掘了一批周期性表达的、调控毛囊生长的关键基因及转录因子、发现并验证了在毛囊调控中具有新功能的转录因子,为光控增绒提供了理论基础,为绒山羊分子育种提供了理论基础。
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