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家禽的产蛋性状是一类重要的经济性状,维持产蛋后期的产蛋率是提高母鸡利用率和延长产蛋周期的关键。家禽的产蛋性能除了受外界环境的因素影响,更重要的是家禽的持续排卵,而卵泡选择是决定家禽持续排卵的重要环节。骨形态发生蛋白15(bone morphogenetic protein-15,BMP15)是TGF-β家族的重要成员,对家禽卵泡发育和选择起着重要作用。然而,目前国内外研究尚未阐明鸡BMP15基因调控卵泡选择的机制。本研究以43周龄地方鸡产蛋后期小黄卵泡为研究材料,通过转录组测序技术,筛选出差异基因。利用RACE技术克隆鸡BMP15基因全长,进行遗传结构解析;对体外培养的等级前卵泡颗粒细胞进行BMP15条件培养,探究BMP15基因调控鸡卵泡选择的作用机制;利用双荧光素酶报告技术鉴定BMP15转录活性区域,基于对变异信息的分析,筛选影响蛋鸡产蛋率的BMP15基因启动子区的效应分子标记,阐述鸡BMP15基因差异表达的转录调控机制。从而深入解析BMP15与卵泡选择的内在联系,揭示鸡BMP15基因调控鸡卵泡选择的分子机理。所开展的主要研究工作和结果如下:
1.产蛋后期地方鸡小黄卵泡转录组分析
对43周龄地方鸡的小黄卵泡组织进行了转录组测序,筛选出687个差异表达基因,上调基因167个,下调基因520个,差异基因富集在Wnt信号通路、MAPK信号通路、PPAR信号通路、Foxo信号通路、类固醇激素合成信号通路,其中BMP15基因在高产鸡的小黄卵泡中显著下调。
2.鸡BMP15基因遗传学特性分析
利用RACE技术获得了鸡BMP15基因两种转录本,两种转录本长度分别为1865和1707bp,其中转录本1包括5UTR217bp,3UTR595bp,CDS1050bp,转录本2包括5UTR62bp,3UTR595bp,CDS1050bp,可编码350个氨基酸,系统进化树表明,鸡BMP15基因与火鸡亲缘关系最近,在哺乳动物保守性高。组织表达结果表明BMP15在鸡卵巢中特异性高表达,且在卵巢颗粒细胞中的表达量远高于膜细胞。
3.BMP15基因调控鸡卵泡选择的作用机制
对体外培养的颗粒细胞进行BMP15条件培养,结果显示,BMP15加速颗粒细胞聚集,上调BMPR1B、FSHR表达和胞内cAMP水平,激活SmadI信号通路,表明BMP15促进卵泡选择;将BMP15与FSH共处理,FSHR和类固醇激素合成相关基因表达上调,胞内cAMP与颗粒细胞上清中孕酮合成水平上升,说明FSH在BMP15基础上促进卵泡选择。
4.鸡BMP15基因启动子克隆及活性分析
成功构建了鸡BMP15基因启动子区不同截短体,利用双荧光素酶报告技术鉴定鸡的核心启动子区位于-1bp~-153bp,且-153bp~-691bp区域存在反式作用因子,-691bp~-1153bp区域存在顺式调控元件。对具有功能的启动子区域进行SNP扫描,共鉴定了9个SNP位点,包括Sp1、ER、GCN4等转录因子结合位点;将核心启动子区的3个SNP位点与太行鸡群体产蛋性状进行关联分析,三个位点均未发现与产蛋性状显著相关。
综上所述,本研究通过地方鸡产蛋后期小黄卵泡组织转录组测序筛选到687个差异表达基因,其中BMP15在高产蛋鸡小黄卵泡中表达显著下调,该基因在鸡卵巢组织中特异性高表达,在颗粒细胞中的表达量远高于膜细胞;BMP15基因促进卵泡选择,且BMP15与FSH在卵泡选择过程中有复杂的互作关系;鸡BMP15基因核心启动子区位于-1bp~-153bp,其中核心启动子区的3个SNP位点均未发现与产蛋性状显著相关。本试验研究了BMP15基因在鸡产蛋后期调控卵泡选择的分子机制,可为提高家禽产蛋后期的产蛋率提供重要的理论依据和育种基础。
1.产蛋后期地方鸡小黄卵泡转录组分析
对43周龄地方鸡的小黄卵泡组织进行了转录组测序,筛选出687个差异表达基因,上调基因167个,下调基因520个,差异基因富集在Wnt信号通路、MAPK信号通路、PPAR信号通路、Foxo信号通路、类固醇激素合成信号通路,其中BMP15基因在高产鸡的小黄卵泡中显著下调。
2.鸡BMP15基因遗传学特性分析
利用RACE技术获得了鸡BMP15基因两种转录本,两种转录本长度分别为1865和1707bp,其中转录本1包括5UTR217bp,3UTR595bp,CDS1050bp,转录本2包括5UTR62bp,3UTR595bp,CDS1050bp,可编码350个氨基酸,系统进化树表明,鸡BMP15基因与火鸡亲缘关系最近,在哺乳动物保守性高。组织表达结果表明BMP15在鸡卵巢中特异性高表达,且在卵巢颗粒细胞中的表达量远高于膜细胞。
3.BMP15基因调控鸡卵泡选择的作用机制
对体外培养的颗粒细胞进行BMP15条件培养,结果显示,BMP15加速颗粒细胞聚集,上调BMPR1B、FSHR表达和胞内cAMP水平,激活SmadI信号通路,表明BMP15促进卵泡选择;将BMP15与FSH共处理,FSHR和类固醇激素合成相关基因表达上调,胞内cAMP与颗粒细胞上清中孕酮合成水平上升,说明FSH在BMP15基础上促进卵泡选择。
4.鸡BMP15基因启动子克隆及活性分析
成功构建了鸡BMP15基因启动子区不同截短体,利用双荧光素酶报告技术鉴定鸡的核心启动子区位于-1bp~-153bp,且-153bp~-691bp区域存在反式作用因子,-691bp~-1153bp区域存在顺式调控元件。对具有功能的启动子区域进行SNP扫描,共鉴定了9个SNP位点,包括Sp1、ER、GCN4等转录因子结合位点;将核心启动子区的3个SNP位点与太行鸡群体产蛋性状进行关联分析,三个位点均未发现与产蛋性状显著相关。
综上所述,本研究通过地方鸡产蛋后期小黄卵泡组织转录组测序筛选到687个差异表达基因,其中BMP15在高产蛋鸡小黄卵泡中表达显著下调,该基因在鸡卵巢组织中特异性高表达,在颗粒细胞中的表达量远高于膜细胞;BMP15基因促进卵泡选择,且BMP15与FSH在卵泡选择过程中有复杂的互作关系;鸡BMP15基因核心启动子区位于-1bp~-153bp,其中核心启动子区的3个SNP位点均未发现与产蛋性状显著相关。本试验研究了BMP15基因在鸡产蛋后期调控卵泡选择的分子机制,可为提高家禽产蛋后期的产蛋率提供重要的理论依据和育种基础。