SPATA3基因克隆及其在牦牛和犏牛睾丸中的差异表达研究

旨在克隆牦牛精子发生蛋白3（spermatogenesis associated 3,SPATA3）基因,并检测其在牦牛不同组织及在不同发育时期牦牛和犏牛睾丸中的表达水平,探讨SPATA3对睾丸发育和精子成熟的影响,为进一步研究该基因在精子形成过程中的作用机制提供理论依据。本试验以牦牛为研究对象,利用RT-PCR克隆技术获取牦牛SPATA3 cDNA序列,使用生物信息软件分析其结构和功能,并检测其在牦牛心、肝、脾、肺、肾、脑、小肠、卵巢、子宫和睾丸组织中的表达谱。通过实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,RT-qPCR）检测SPATA3基因在牦牛和犏牛睾丸不同发育时期的表达规律;采用免疫组化技术检测SPATA3在牦牛和犏牛睾丸中的细胞定位及表达差异。结果显示,SPATA3基因CDS区为693 bp,编码230个氨基酸,与黄牛、野牦牛和水牛的同源性较高;SPATA3仅在耗牛睾丸组织中特异性表达,其它组织未见其表达。RT-qPCR结果显示,SPATA3基因在牦牛睾丸发育过程中均有表达,其中成年期（4~5岁）睾丸中的表达极显著高于胎牛时期（5~6月,P<0.01）,且其在牦牛不同发育时期睾丸中的表达均极显著高于犏牛（P<0.01）。免疫组化结果发现,SPATA3在圆形精子、长形精子细胞胞浆中均表达,且成年期牦牛睾丸中该基因的表达水平极显著高于犏牛（P<0.01）。综上表明,SPATA3在遗传进化中高度保守,且在牦牛和犏牛睾丸组织中差异表达,该基因低表达可能引起精子形成障碍,从而参与精子成熟进程,但具体功能有待进一步的研究。     

牦牛、犏牛睾丸组织中SYCP 3基因mRNA表达水平研究

本文采用RT-PCR和荧光定量PCR对牦牛SYCP3基因的组织表达,以及SYCP3基因在牦牛和犏牛睾丸组织中的表达水平进行分析。结果表明,SYCP3基因在牦牛睾丸组织中特异表达,牦牛与犏牛睾丸组织中SYCP3基因的表达水平差异极显著（P〈0．01）。睾丸和附睾组织切片显示,牦牛睾丸组织中可见各级生精细胞,附睾内可见发育良好的精子,而犏牛睾丸组织中无次级精母细胞和更高级生精细胞、附睾内未观测到精子,与人和小鼠SY-CP3基因缺失或表达水平降低出现的表型一致,可以认为SYCP3基因的表达水平可能与犏牛的雄性不育有一定的关系。     

牦牛TNP2基因分子特征及其在不同发育阶段睾丸中的表达

克隆牦牛过渡蛋白2(transition protein 2,TNP2)基因并分析其分子特征,调查TNP2基因和蛋白在不同发育阶段牦牛睾丸中的表达差异,为研究其在睾丸发育及精子发生中的作用提供依据。采集不同发育阶段牦牛睾丸(初生期、幼年期、性成熟初期、性成熟后期、老年期)组织,在克隆测序的基础上对TNP2基因进行分子特征分析;利用免疫组化(IHC)、荧光定量PCR(RT-qPCR)以及Western blot技术检测TNP2蛋白在牦牛睾丸组织中的定位及TNP2基因和蛋白在牦牛睾丸组织中的表达量。结果显示,成功克隆牦牛TNP2的基因CDS区序列,分子特征预测TNP2为可溶性的膜外蛋白,有多个磷酸化位点;其二级结构包含α螺旋、β-转角、延伸链和无规则卷曲,其核苷酸序列及氨基酸序列与其他哺乳动物之间的同源性较低。RT-qPCR结果显示,TNP2 mRNA在老年期睾丸的相对表达量极显著(P0.01)高于其他4个时期,且在幼年期极显著(P0.01)高于初生期、性成熟早期和性成熟后期,而初生期与性成熟早期和性成熟后期三者之间无显著差异(P0.05)。Western blot结果显示TNP2蛋白在性成熟早期和性成熟后期的表达量极显著(P0.01)高于初生期、幼年期和老年期,且幼年期和老年期极显著高于初生期(P0.01)。IHC结果显示,TNP2蛋白在牦牛睾丸中圆形精细胞以及精子中呈强阳性表达,而在精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、支持细胞及睾丸间质细胞呈弱阳性表达。研究表明,TNP2可能参与了牦牛精子发育过程中圆形精子细胞向长形精子细胞转换过程中细胞核蛋白的转换,为进一步探明牦牛精子形成机制及其长期生活在高寒低氧环境中的耐低氧机制与繁殖能力低之间的关系提供了基础资料。     

HIF-1α和IL-17在牦牛、犏牛及黄牛睾丸中的表达比较研究

本研究旨在比较HIF-1α和IL-17在不同牛睾丸组织中的差异性表达,进一步探究HIF-1α与IL-17在牛睾丸组织中发挥调控功能的关联性。以成年牦牛、犏牛和黄牛的睾丸作为研究对象,采用Western-blot、实时荧光定量PCR法检测HIF-1α及IL-17蛋白和基因在3种牛睾丸组织的表达差异。结果显示,3种牛睾丸组织中HIF-1α与IL-17基因和蛋白表达都存在显著性差异,且在犏牛睾丸组织中的表达均极显著高于牦牛和黄牛(P0.01);此外,牦牛HIF-1α与IL-17蛋白水平表达显著高于黄牛(P0.05,P0.01),而牦牛IL-17基因水平表达与黄牛差异不显著(P0.05)。HIF-1α和IL-17基因和蛋白在不同牛睾丸组织中的表达差异说明其具有种属特异性;而牦牛和犏牛睾丸组织中显著性高表达提示HIF-1α和IL-17对适应低氧环境具有重要的调节作用。     

成年牦牛和雄性不育犏牛睾丸eIF4G3 mRNA水平的比较

为了比较牦牛和犏牛睾丸组织中真核起始因子e IF4G3基因的相对表达量,探讨e IF4G3基因表达与犏牛雄性不育的关系,试验从牦牛、犏牛睾丸组织中提取总RNA,采用实时荧光定量PCR技术检测牦牛和犏牛睾丸组织中e IF4G3基因mRNA水平。结果表明:牦牛睾丸中e IF4G3基因的表达量极显著高于犏牛(P0.01)。说明了e IF4G3作为一个重要的翻译调控因子,可能与犏牛睾丸组织中蛋白质表达的改变有一定关联。     

miR-383在牦牛、犏牛睾丸组织中的差异表达及功能预测

本研究旨在分析miR-383成熟体在雄性牦牛和犏牛F1代睾丸组织中的差异表达,以了解其在精子形成中的重要作用.以发育成熟的牦牛和犏牛睾丸组织为材料,利用实时荧光定量PCR方法检测miR-383成熟体在牦牛及犏牛睾丸组织中的差异表达情况;利用TargetScan和miRanda数据库获得miR-383的靶基因集合,通过David和Gene Ontology在线软件分析miR-383靶基因的生物学功能.实时荧光定量PCR结果显示miR-383成熟体在牦牛和犏牛F1代睾丸组织中表达显著差异(P<0.05),在牦牛睾丸组织中表达量较高,靶基因预测共获得131个靶基因,GO分析及KEGG信号通路分析得到miR-383靶基因功能,这些靶基因参与了细胞增殖、凋亡、核酸合成调控等过程.结合miR-383成熟体的表达差异和靶基因功能预测结果,miR-383可能参与生殖细胞的分化及精子形成调控,为miR-383在犏牛生殖细胞中的功能与调控机制研究提供了理论依据.     

HIF-1α和IL-17在牦牛、犏牛及黄牛睾丸中的表达比较研究

本研究旨在比较HIF-1α和IL-17在不同牛睾丸组织中的差异性表达,进一步探究HIF-1α与IL-17在牛睾丸组织中发挥调控功能的关联性。以成年牦牛、犏牛和黄牛的睾丸作为研究对象,采用Western-blot、实时荧光定量PCR法检测HIF-1α及IL-17蛋白和基因在3种牛睾丸组织的表达差异。结果显示,3种牛睾丸组织中HIF-1α与IL-17基因和蛋白表达都存在显著性差异,且在犏牛睾丸组织中的表达均极显著高于牦牛和黄牛（P<0.01）;此外,牦牛HIF-1α与IL-17蛋白水平表达显著高于黄牛（P<0.05,P<0.01）,而牦牛IL-17基因水平表达与黄牛差异不显著（P>0.05）。HIF-1α和IL-17基因和蛋白在不同牛睾丸组织中的表达差异说明其具有种属特异性;而牦牛和犏牛睾丸组织中显著性高表达提示HIF-1α和IL-17对适应低氧环境具有重要的调节作用。     

牦牛与犏牛联会复合体蛋白b-FKBP6基因的表达特征分析

<正>联会复合体蛋白FKBP6是哺乳动物精子发生减数分裂联会复合体形成必需的。采用RT-PCR和荧光定量PCR技术对牦牛和犏牛b-FKBP6基因的组织表达特征,以及牦牛与犏牛睾丸组织中b-FKBP6 mRNA表达水平进行了分析。结果显示:b-FKBP6基因在牦牛、犏牛睾丸和卵巢组织中特异表达,且牦牛睾丸组织中b-FKBP6mRNA表达水平极显著高于犏牛(P0.01)。结合犏牛精子发生减数分裂联会复合体形成障碍表型,推测睾丸组织b-FKBP6 mRNA表达     

牦牛和雄性不育犏牛睾丸FABP5和FABP9基因mRNA水平及能量代谢相关酶活力的比较

本研究旨在测定牦牛表皮细胞型脂肪酸结合蛋白(FABP5)和睾丸型脂肪酸结合蛋白(FABP9)基因序列,比较其在牦牛和雄性不育犏牛睾丸中的表达,并结合睾丸中部分能量代谢相关酶的活力分析,以探索这两个基因及能量代谢与犏牛雄性不育之间的联系。试验从牦牛睾丸中提取总RNA,采用PCR方法获得了牦牛FABP5和FABP9基因的cDNA序列,编码区长度分别为408和399bp,与普通牛相比分别有1个和6个碱基差异,后者导致FABP9基因推导的氨基酸序列存在5个氨基酸差异。实时荧光定量PCR分析显示,FABP5基因在犏牛睾丸中的表达量极显著大于牦牛,而FABP9基因表达量差异不显著。犏牛睾丸中异柠檬酸脱氢酶活力极显著高于牦牛(P0.01),而β-羟脂酰CoA脱氢酶和乳酸脱氢酶活力与牦牛接近。犏牛睾丸中FABP5基因表达上调以及参与三羧酸循环的柠檬酸脱氢酶活力提高,可能提示雄性不育犏牛睾丸组织在脂肪酸氧化供能水平上高于成年牦牛。     

FGFs/FGFRs及其介导信号通路基因的异常表达影响犏牛未分化精原细胞增殖活性

旨在研究FGFs(fibroblast growth factors)/FGFRs(fibroblast growth factor receptors)及其介导的Ras和MAPK信号通路基因在牦牛和犏牛未分化精原细胞的差异表达，以探讨犏牛生精停滞的原因。本研究采集健康的24月龄3头公麦洼牦牛和3头F1代公犏牛的睾丸组织，分为牦牛和犏牛两个样品组，每组3个生物学重复。采用HE染色检测牦牛和犏牛精子发生的差异；采用细胞群体倍增时间、CCK-8和EDU染色检测牦牛和犏牛未分化精原细胞增殖能力的差异；采用荧光定量PCR检测6种FGF家族成员、3种FGFR、FGFs/FGFRs介导的Ras和MAPK信号通路基因在牦牛和犏牛未分化精原细胞中的差异表达。与牦牛相比，犏牛生精小管发育异常，生殖细胞类型单一，未分化精原细胞增殖活性显著低于牦牛(P<0.05)。FGF2、FGF4、FGF5、FGF8、FGF9和FGF21在犏牛睾丸组织及FGFs受体FGFR1、FGFR2和FGFR3在犏牛未分化精原细胞的表达都显著低于牦牛(P<0.01)。FGFs/FGFRs介导Ras信号通路基因中，除HRa...     

GSTM3基因在牦牛和犏牛睾丸及附睾组织中的表达研究

谷胱甘肽S-转移酶Mu 3(GSTM3）是一种必需的抗氧化酶,其在精子中的存在与精子的耐冷性、质量和生育能力有关。为研究GSTM3的表达与雄性牦牛繁殖功能的关系,本研究对牦牛附睾GSTM3基因进行克隆、生物信息学分析,并应用实时荧光定量PCR分析GSTM3基因在牦牛和犏牛附睾以及睾丸组织中的表达情况。结果表明,牦牛GSTM3基因CDS区序列长度为678 bp,编码225个氨基酸;GSTM3基因编码蛋白为弱酸性且不具有跨膜结构,分子式为C1204H1857N319O340S19,分子量和等电点分别为26.85 ku和7.29;牦牛GSTM3核苷酸序列与普通牛和瘤牛有较高的种间同源性,分别为99.26%和98.53%;GSTM3基因在牦牛和犏牛附睾以及睾丸组织中均有不同程度的表达,牦牛附睾和睾丸的GSTM3表达量显著高于犏牛。     

犏牛和牦牛ESCO2基因的序列特征及其在睾丸中的表达对比分析

旨在克隆犏牛和牦牛姐妹染色单体内聚建立蛋白2（establishment of sister chromatid cohesion N-acetyltransferase 2,ESCO2）基因,并分析其在不同发育阶段睾丸中的表达与定位,为进一步解析ESCO2在减数分裂过程中的作用机制提供理论依据。本研究以健康雄性犏牛及牦牛为试验动物,根据年龄分为胎牛组（5~6月龄）、幼年组（1~2岁）和成年组（3~4岁）,每组各3头。通过RT-PCR技术克隆犏牛和牦牛ESCO2基因并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR （quantitative real-time PCR,qRT-PCR）检测ESCO2基因在犏牛不同组织中的表达谱,比较分析ESCO2在犏牛和牦牛不同时期睾丸中的表达规律,利用免疫组织化学（immunohistochemistry,IHC）技术检测ESCO2蛋白的细胞定位和表达差异。结果显示,犏牛ESCO2基因（GenBank登录号：MW198470） CDS区为1 833 bp,编码610个氨基酸,与牦牛相比,犏牛ESCO2序列第301~319位多19个氨基酸,另有3个氨基酸突变;犏牛ESCO2蛋白序列与黄牛的同源性高于其他哺乳动物;ESCO2可能与SMC3、SMC1A、PDS5A、PDS5B、STAG2等蛋白相互作用,互作蛋白功能与姐妹染色单体凝聚、减数分裂细胞周期、DNA修复、细胞分裂和染色体重构等生物学过程相关。ESCO2在犏牛各组织中均有表达,但在睾丸中的相对表达水平显著高于其它组织（P<0.05）;在犏牛睾丸中的表达随年龄增长呈上升趋势,幼年和成年时期犏牛睾丸中ESCO2的表达显著低于同时期牦牛（P<0.05）;IHC染色结果发现,雄性犏牛减数分裂阻滞于初级精母细胞,ESCO2蛋白在犏牛初级精母细胞中无表达并与牦牛存在差异。本研究结果表明,犏牛与牦牛的ESCO2基因、蛋白序列差异较大,且在睾丸发育过程中的表达模式差异显著,这可能是引起雄性犏牛减数分裂阻滞及不育的原因之一,其具体作用机制有待进一步研究。     

Dazl基因mRNA表达水平与犏牛雄性不育关系的研究

本文旨在探讨Dazl基因与犏牛雄性不育的关系。采用实时荧光定量PCR技术检测黄牛、牦牛和犏牛睾丸组织中Dazl基因mRNA表达并进行分析。结果表明:三种牛中Dazl基因在睾丸组织中特异表达,且犏牛睾丸组织中表达量最低,其中黄牛与牦牛、黄牛与犏牛差异显著(P<0.05),犏牛与牦牛差异不显著(P>0.05)。结果提示,Dazl基因在三种牛睾丸组织特异表达,说明Dazl基因在细胞周期运行中发挥作用,Dazl基因在犏牛睾丸组织中低表达与犏牛雄性不育相关。     

黄牛、牦牛和犏牛睾丸组织中Boule基因mRNA表达水平

Boule基因是DAZ家族成员之一,在生殖细胞中特异表达是精子发生过程中减数分裂的关键调控因子,其表达缺乏可引起减数分裂阻滞和精子生成障碍,导致雄性不育。为揭示Boule基因mRNA表达水平与犏牛雄性不育关系,本研究利用实时荧光定量PCR法,对黄牛、牦牛和犏牛睾丸组织中Boule基因mRNA表达进行定量分析。结果表明:Boule基因在黄牛和牦牛睾丸组织中的表达水平相对都比较高,黄牛与牦牛差异不显著(P>0.05);而Boule基因在黄牛和牦牛睾丸组织中的表达水平显著高于犏牛,黄牛、牦牛与犏牛差异显著(P<0.05)。结果提示,Boule基因在犏牛睾丸组织中低表达与犏牛雄性不育相关,可作为研究犏牛雄性不育的重要候选基因。     

牦牛和犏牛睾丸CPT1a和ETHE1基因mRNA水平比较研究

试验旨在探索牦牛杂交雄性不育后代(犏牛)睾丸脂肪酸氧化特点及其与雄性不育的关联性,阐明犏牛雄性不育的分子机制。以GAPDH和18SrRNA基因为双内参,建立了牦牛和犏牛肝脏型棕榈酰肉碱转移酶1a(CPT1a)和硫双加氧酶1(ETHE1)基因mRNA水平的实时荧光定量PCR检测方法,结果发现,该实时荧光定量PCR方法扩增特异性好,扩增效率为98.5%~107.8%,标准曲线线性关系好。采集成年牦牛(n=9)和雄性不育犏牛(n=7)睾丸和附睾,通过常规组织切片和HE染色检测,证实犏牛睾丸和附睾中无精子,而牦牛睾丸和附睾中有精子。试验进一步从牦牛和犏牛睾丸中提取总RNA,测定睾丸中CPT1a和ETHE1基因的mRNA水平,结果显示,犏牛睾丸中CPT1a和ETHE1基因mRNA水平分别显著和极显著高于牦牛(P0.05;P0.01)。CPT1a基因mRNA水平的提高表明犏牛睾丸中脂肪酸β-氧化能力的加强;而ETHE1基因mRNA水平的增加可促进线粒体呼吸链的电子传递和脂肪酸氧化,或影响其他能量代谢通路,这两种基因mRNA水平的提高均有助于睾丸脂肪酸的β-氧化供能。本研究结果表明,与牦牛睾丸相比,雄性不育犏牛睾丸的脂肪酸氧化供能水平加强,可能对脂肪酸燃料分子有更多的依赖性。     

牦牛和雄性不育犏牛睾丸蛋白磷酸酶甲酯酶-1表达水平的比较

为了阐明牦牛杂交后代雄性不育的分子机制,进一步验证蛋白磷酸酶甲酯酶-1(PPME1)在牦牛和杂交雄性不育犏牛睾丸中的表达差异,试验提取健康成年牦牛(n=9)和雄性不育犏牛(n=7)睾丸组织总蛋白,以甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)为内参,采用Western-blot技术检测PPME1蛋白在牦牛和犏牛睾丸组织中的相对表达水平。结果表明:PPME1在牦牛睾丸组织中的表达水平显著高于犏牛(P0.05)。说明PPME1在犏牛睾丸中的低表达可能与其雄性不育存在关联。     

犏牛雄性不育的DNA甲基化

采用Western blot法检测犏牛、牦牛睾丸组织中DNA甲基转移酶3a(Dnmt3a)蛋白的相对表达量,用甲基化定量试剂盒(荧光法,Epigentek公司)检测其全基因组DNA甲基化的水平,分析犏牛与牦牛在这2个表达量上的差异。结果显示:犏牛、牦牛睾丸组织中Dnmt3a蛋白的相对表达量分别为(0.853±0.015)和(0.651±0.016),犏牛的显著高于牦牛(P<0.05);犏牛、牦牛睾丸组织的全基因组DNA甲基化水平分别为(0.950±0.013)%和(0.808±0.016)%,犏牛的显著高于牦牛(P<0.05)。可见,犏牛睾丸组织中Dnmt3a蛋白表达水平与其全基因组DNA甲基化水平均显著高于牦牛,这可能是犏牛雄性不育的DNA甲基化机制之一,也将为犏牛雄性不育的表观遗传学研究奠定基础。     

犏牛L-PGDS基因克隆及其在各组织和睾丸不同发育阶段的表达研究

本研究旨在克隆犏牛前列腺素D合成酶（prostagland D synthase,L-PGDS）基因序列,并检测其在不同组织及不同发育时期睾丸中的表达水平,从而为深入研究L-PGDS基因在犏牛睾丸发育过程中的作用机制提供依据。采集成年健康犏牛心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、大肠、小肠、胃、大脑及不同发育时期犏牛睾丸组织：胎牛期（5~6月）、幼年期（1~2岁）、青春期（2.5~4岁）、老年期（7~9岁）,Trizol法提取各组织总RNA,利用RT-PCR技术扩增、克隆L-PGDS基因序列并利用相关生物学软件进行分析,利用实时荧光定量PCR检测犏牛各组织及4个不同发育阶段睾丸中L-PGDS基因mRNA的表达水平。结果显示,L-PGDS基因序列全长624 bp,包括完整的开放阅读框576 bp,编码191个氨基酸。同源性比对发现,犏牛与黄牛和绵羊的同源性最高,分别为99.28%和94.0%。系统进化树分析结果显示,犏牛与黄牛亲缘关系最近,其次是绵羊、马。L-PGDS蛋白为不稳定疏水蛋白,分子质量为21.229 ku,分子式为C₉₅₃H₁₄₇₁N₂₅₁O₂₈₁S₉,等电点为6.43,不稳定指数为47.25,不含跨膜区及信号肽,蛋白质二级结构预测显示α-螺旋、无规则卷曲、延伸链分别占25.65%、53.40%和20.94%。实时荧光定量PCR检测结果显示,L-PGDS基因在犏牛睾丸组织中特异性高表达,极显著高于其他组织（P<0.01）;随着年龄增长L-PGDS基因mRNA在犏牛睾丸中呈先上升后下降趋势,其中在青春期相对表达量最高,极显著高于其他时期（P<0.01）。本研究结果为深入探究L-PGDS基因在犏牛睾丸发育过程中的作用机制提供了基础资料。     

牦牛DDAH1和DDAH2基因的克隆测序及其在牦牛和犏牛睾丸中的表达差异

为了测定牦牛DDAH1和DDAH2基因序列并比较其在牦牛和雄性不育犏牛睾丸中的表达,以探究该基因与犏牛雄性不育的联系,试验从牦牛睾丸中提取总RNA,采用RT-PCR技术克隆并测序获得牦牛DDAH1和DDAH2基因的c DNA序列;利用实时荧光定量RT-PCR技术检测这两个基因在牦牛与犏牛睾丸中的表达。结果表明:克隆获得的牦牛DDAH1和DDAH2基因序列分别长959 bp及1 091 bp,均包含858 bp的CDS区。DDAH1基因序列与普通牛相比有4个碱基差异,序列同源性为99.58%,而推导的氨基酸序列仅存在1个氨基酸残基差异;DDAH2基因序列与普通牛比较相差1个碱基,序列同源性为99.91%,推导的氨基酸序列存在1个氨基酸残基差异。DDAH1和DDAH2基因在牦牛和犏牛睾丸组织中均有表达,DDAH1基因在犏牛睾丸组织中的表达量显著高于牦牛(P0.05),是牦牛睾丸组织中表达量的1.5倍;DDAH2基因在犏牛睾丸中的表达量与牦牛相比差异不显著。说明DDAH基因表达在犏牛睾丸中上调可能与其雄性不育有关。     

牦牛、犏牛和黄牛组织中TSPY基因表达水平研究

为了进一步研究TSPY基因与雄性不育的关系,试验采用荧光定量和免疫组化技术对黄牛、犏牛和牦牛不同组织TSPY基因进行定量分析。结果表明:TSPY基因在睾丸组织中高表达。在睾丸组织中,犏牛、黄牛TSPY基因相对表达量均显著高于牦牛(P0.05),犏牛与黄牛间差异不显著(P0.05)。说明TSPY基因拷贝数与犏牛雄性不育可能存在一定联系。