牛结蛋白基因启动子的克隆及功能的初步分析

<正>旨在克隆牛结蛋白基因不同长度的启动子片段,并对其进行功能分析。本研究采用PCR法扩增牛结蛋白基因不同长度的启动子缺失序列,构建p GL3-desminpro双荧光素酶表达载体,使其转染牛骨骼肌卫星细胞和胎儿成纤维细胞,进行活性检测。同时转染牛Myo G和βα-actin基因启动子的表达载体,以比较结蛋白启动子和Myo G及α-actin启动子的表达活性。结果表明,牛结蛋白基     

牛骨骼肌α-actin基因5′上游调控元件及内含子功能的初步分析

采用PCR定点突变分析法确定牛骨骼肌α-actin启动子-361~-462bp区域的调控元件Sp1/KLFs、ZF5F和Pax3结合位点的功能;利用基因重组技术,将内含子Ⅰ和内含子Ⅱ分别连在启动子缺失片段的上游和下游,构建双荧光素酶表达载体,使其转染牛骨骼肌卫星细胞和胎儿成纤维细胞,进行活性检测。结果显示,Sp1/KLFs降低牛骨骼肌α-actin基因启动子活性,ZF5F和Pax3均能增强启动子活性。内含子在启动子上游增强了启动子活性,在其下游降低了启动子活性,且顺式调控元件和内含子均具有肌肉特异性。结果表明,初步确定了参与牛骨骼肌α-actin基因转录调控的负顺式调控元件Sp1/KLFs,正顺式调控元件ZF5F和Pax3,发现了内含子插入启动子的位置很重要,为以后构建牛骨骼肌α-actin高活性的启动子奠定了基础。     

不同肌肉特异性启动子IGF2表达载体构建及对牛骨骼肌卫星细胞增殖的影响

旨在获得带有高效特异性启动子的IGF2表达载体,研究其对牛骨骼肌卫星细胞增殖的影响。本研究将构建的3种含有IGF2肌肉特异性启动子的真核表达载体转染牛骨骼肌卫星细胞和胎儿成纤维细胞,RT-PCR检测IGF2的相对表达量,从而筛选高效特异性的载体,并进行EdU试验及细胞周期相关基因RT-PCR检测。结果,成功构建了不同启动子desminpro、CMV-MyoGpro和MyoGpro-double表达IGF2的载体。RT-PCR检测结果表明,pGL3-desminpro-IGF2是较高效的并具有特异性的载体。载体转染体外培养细胞提高了细胞增殖速度,并上调了细胞周期相关基因CDK6和IGF2的表达。这为转基因肉牛的生产奠定了重要基础。     

猪肌肉生长抑制素基因启动子的克隆与鉴定

利用PCR方法从猪基因组DNA中扩增了1.2 kb的肌肉生长抑制素(myostatin)基因启动子序列。并进一步以绿色荧光蛋白(GFP)为报告基因,构建了真核表达载体MSTNPro-EGFP;通过转染C2C12小鼠骨骼肌成肌细胞和猪成纤维细胞,对猪myostatin基因启动子的转录调控活性进行鉴定。结果表明:猪myostatin基因启动子可以启动GFP在C2C12细胞中的转录和表达,而将猪MSTNPro-EGFP载体转染猪胎儿成纤维细胞后并未观察到GFP的表达,说明myostatin基因表达的肌肉特异性源于启动子的转录特异性。     

绵羊Nanog启动子克隆及其表达活性的检测

通过比对人、鼠、兔和牛的Nanog启动子保守区设计引物,PCR扩增绵羊Nanog基因启动子序列并分析其调控位点。将其连接到去掉自身CMV启动子的pAcGFP1-N1载体上,构建一个由Nanog启动子带动的真核表达载体(SNanog-pAcGFP1-N1),即构建一个能由该启动子序列带动并产生绿色荧光蛋白(GFP)的真核表达载体,并用脂质体法转染入终末分化细胞(小鼠成纤维细胞和绵羊成纤维细胞)、胚胎干细胞和小鼠胚胎,检测其表达活性。结果显示:成功克隆出1 836bp Nanog启动子序列,通过分析发现该序列含有SP1结合位点、CAAT框、TATA框等功能区;当转染SNanog-pAcGFP1-N1重组质粒后,小鼠胚胎和小鼠胚胎干细胞中能检测到绿色荧光,且在转染72h后达到最大荧光强度,而在小鼠成纤维细胞和绵羊成纤维细胞中不能观察到GFP。结果表明:本试验成功克隆获得绵羊Nanog启动子,所构建的真核表达载体具有在多能干细胞中特异性表达活性。     

绵羊CYP19基因卵巢启动子的克隆及其表达活性研究

本研究旨在克隆绵羊CYP19基因卵巢启动子序列片段,构建真核表达载体,并在细胞水平检测其组织特异性表达情况。参考已知序列设计特异性引物,PCR扩增绵羊CYP19基因卵巢启动子1.1和0.5kb两个片段,并与已公布的序列进行同源性比较;将测序正确的两个片段分别定向克隆到去除CMV的pEGFP-N2载体骨架中,构建真核表达载体pCYP19-1.1-EGFP-N2和pCYP19-0.5-EGFP-N2,重组质粒在脂质体LipofectamineTMLTX+PLUS介导下,分别转染绵羊的颗粒细胞和胎儿成纤维细胞,并于转染后24、48和72h观察EGFP表达情况。结果表明,扩增获得片段与已公布序列高度同源;应用转录因子结合位点预测软件对所得序列分析表明,该扩增片段含有类似于TATA-box核心启动顺式元件,并含有多个潜在转录因子的结合位点。转染24h后,发现pCYP19-1.1-EGFP-N2在颗粒细胞可观测到绿色荧光表达,48h荧光细胞数量有所增加;转染72h时荧光细胞数最多;在胎儿成纤维细胞也有少量EGFP基因表达。pCYP19-0.5-EGFP-N2在颗粒细胞和成纤维细胞中均未检测到荧光。结果表明,扩增所得的绵羊CYP19基因卵巢启动子1.1kb片段可引导外源基因在颗粒细胞中的表达,可用于与繁殖相关的基因功能及转基因动物研究,但并非卵巢特异性启动子。     

牛MSTN启动子与MEF2C转录因子相互作用的研究

旨在解析牛MSTN启动子与MEF2C之间的相互调控作用,进一步探讨MSTN基因在肉牛肌肉生长发育方面的调控机制。首先,通过PCR扩增关岭牛MSTN启动子序列2 267 bp和MEF2C基因CDS区1 425 bp。其次,构建pGL3-Basic-MSTN和pcDNA3.1(+)-MEF2C双荧光素酶报告载体,采用脂质体法共转染至小鼠C2C12成肌细胞,24 h后检测其双荧光素酶活性。最后,通过PCR扩增MSTN启动子核心片段MSTN-P1,重新构建以MSTN-P1片段替代(CMV)区的重组表达载体pEGFP-N3-MSTN-P1-MEF2C,将其分别转染至小鼠C2C12成肌细胞和大鼠下颌腺上皮细胞,24 h后观察绿色荧光蛋白发光情况,48 h后提取细胞总RNA,利用qRT-PCR检测MEF2C基因在不同细胞中的表达情况。结果显示,在小鼠C2C12成肌细胞中,共转染pcDNA3.1(+)-MEF2C试验组较pGL3-Basic-MSTN试验组能显著增强MSTN启动子的活性(P0.05),较pGL3-Basic对照组能极显著增强MSTN启动子的活性(P0.01);MSTN启动子核心片段MSTN-P1能驱动MEF2C基因在小鼠C2C12成肌细胞中的表达量极显著上调(P0.01),且能驱动MEF2C基因在大鼠下颌腺上皮细胞中的表达量显著上调(P0.05)。结果表明,在转录水平,MSTN启动子与MEF2C可能同时参与了牛肌肉生长和分化的调控。     

转乳铁蛋白肽和α干扰素基因的牛胎儿成纤维细胞的制备

旨在构建含有乳铁蛋白肽基因和a干扰素基因的载体,并制备转基因牛胎儿成纤维细胞,为研制抗乳房炎和口蹄疫转基因克隆牛提供供体细胞.本研究构建了由山羊β-酪蛋白启动子启动的牛乳铁蛋白肽基因和由CMV启动子调控的人α干扰素基因的载体,以EGFP基因作为报告基因,neo基因作为筛选基因;分别采用脂质体和电击法转染牛胎儿成纤维细胞,G418筛选得到转基因阳性细胞,并用PCR方法检测转基因细胞中目的基因的整合情况,用Western blotting检测α干扰素蛋白的表达.结果,得到了同时含有牛乳铁蛋白肽基因和人α干扰素基因的转基因牛胎儿成纤维细胞,并且α干扰素蛋白在转基因细胞中能有效表达.     

固醇调节元件结合蛋白基因的过表达对促进牛胎儿成纤维细胞脂肪形成的影响

为了研究固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element binding factor 1,SREBP1)基因的表达与细胞脂肪形成的关系,本研究构建了pEGFP-C1-SREBP1重组质粒,利用脂质体介导法将重组质粒pEGFP-C1-SREBP1及pEGFP-C1空质粒转染至牛胎儿骨骼肌成纤维细胞培养48 h,实时荧光定量PCR和Western blotting分析目标基因表达水平的变化,并采用油红O染色检测细胞内脂滴。结果发现,pEGFP-C1-SREBP1重组质粒转染细胞内SREBP1 mRNA的表达水平显著高于空白对照组和阴性对照组(P<0.05);SREBP1蛋白也出现明显上调;空白对照组和pEGFP-C1阴性对照组细胞内均未见有红染细胞,而pEGFP-C1-SREBP1重组质粒转染组中出现了清晰的红染细胞。说明SREBP1的表达可促进牛胎儿骨骼肌成纤维细胞脂肪合成,证实牛胎儿成纤维细胞中SREBP1表达和脂滴形成之间存在直接关系。     

含鸡源启动子的真核表达载体的构建及IBV S1蛋白抗原表位的表达

利用PCR方法扩增出鸡β-肌动蛋白(β-actin)启动子基因序列,克隆至pcDNA3.1和pCIneo载体中以替代CMV启动子,获得含鸡源启动子的真核表达载体pcDNA-act和pCIneo-act。将IBV ZY3S1蛋白抗原表位基因亚克隆到启动子替换前后的质粒中,然后将重组质粒转染至鸡胚成纤维细胞(CEF)中,采用间接免疫荧光试验检测转染细胞对S1蛋白抗原表位的表达。将重组质粒以150μg/只的剂量肌注免疫SPF雏鸡,同时设立IBV灭活疫苗组及PBS空白对照组,经间接ELISA检测免疫前后血清中IBV特异性抗体,最后使用ZY3强毒株给各组实验动物攻毒,观察鸡群的发病死亡情况,计算攻毒保护率。结果显示,替换启动子后的表达载体在CEF中对S1蛋白抗原表位的表达量以及实验动物的抗IBV抗体水平均高于未更换启动子的相应载体,攻毒后鸡群的发病率和死亡率均比替换前降低,说明外源基因的表达和启动子的来源有密切的关系。     

Plasmid transfection and retroviral transduction of porcine muscle cells for cell-mediated gene transfer

Cell-mediated gene transfer is a potential tool for studying muscle growth, but efficient genetic manipulation and implantation strategies have not been developed for pigs. The objectives of the present study were to determine methods for transient and stable incorporation of reporter genes into porcine muscle cells and to investigate their use for cell-mediated gene transfer in pigs. Porcine myoblasts and fibroblasts were isolated from muscle of 2-wk-old male pigs. Myogenic cell lines were identified using muscle-specific monoclonal antibodies, myotube fusion assays, and the presence of muscle-specific markers (MyoD and desmin). Four commercial cationic liposomes (lipofectAMINE, lipofectin, cellFECTIN, and DMRIE-C) were tested at different DNA:lipid ratios for their ability to transfect myoblasts and fibroblasts transiently with a luciferase reporter plasmid. LipofectAMINE resulted in the greatest (P < .01) transient luciferase activity for both cell types. Electroporation of cells for transient transfection resulted in less luciferase activity than cationic transfection. Stable transfections were conducted using a green fluorescence protein (GFP) reporter plasmid containing the neomycin resistance gene. LipofectAMINE transfection resulted in stable GFP expression in 1:16,000 myoblasts and 1:33,000 fibroblasts. Stable electroporation resulted in efficiencies that were significantly lower than established with cationic liposomes. Porcine cells were transduced with GFP using vesicular stomatitis virus glycoprotein G pseudotyped retrovirus and resulted in efficiencies of 1:1.2 for myoblasts and 1:1.1 for fibroblasts. These results show that cationic liposomes are superior to electroporation for transfection, but retroviral transduction produced stable reporter gene expression in > 80% of porcine muscle cells. Transduced GFP-positive cells were separated from GFP-negative cells by fluorescence-activated cell sorting and implanted into 2-wk-old male pigs. On d 4, implanted muscles were removed and subjected to immunodetection of GFP protein. Fibroblast implantation resulted in limited GFP expression within muscle, whereas myoblast implantation resulted in GFP within muscle fibers. This suggests that cell-mediated gene transfer is possible in porcine muscle and may be useful as an approach for studying muscle growth in pigs.     

秦川牛ACTC1基因的表达特性分析

试验旨在揭示ACTC1基因在秦川牛中的时空表达规律，为进一步研究ACTC1基因在肉牛肌肉发育和脂肪沉积等方面的功能奠定基础。利用实时荧光定量PCR技术检测了ACTC1基因在24月龄成年秦川牛13种组织和4日龄新生秦川牛12种组织中的表达规律，同时研究分析了该基因在秦川牛成肌细胞和前体脂肪细胞不同分化阶段（0、2、4、6、8 d）的表达特性。结果显示，ACTC1基因在秦川牛心脏中的表达量最高，骨骼肌中次之；除瘤胃和肾脏外，24月龄成年牛各组织中的表达量显著或极显著高于4日龄新生牛（P<0.05；P<0.01）；ACTC1基因在成肌细胞中的表达随着分化程度的增加呈现先升高后降低的趋势，在成肌细胞分化第2、4、6和8天ACTC1基因的表达量与第0天相比差异极显著（P<0.01），分别是第0天的2.6、4.7、5.6和4.2倍，这与成肌细胞的分化速率一致；在脂肪细胞中ACTC1基因的表达趋势为先降后升，第2、4天的表达量与第0天相比差异极显著（P<0.01），从分化第2天开始表达量随脂肪细胞分化程度增加而增加。ACTC1基因在不同年龄牛肌肉组织（心肌和骨骼肌）中的表达量最高，且其表达特性与肌细胞分化整体趋势一致；另外，ACTC1基因在脂肪细胞中的表达也有一定的规律。综上所述，推测ACTC1基因可能会影响牛肌肉组织的生长发育和脂肪沉积。     

家蚕、野桑蚕海藻糖酶基因启动子的特性及其滞育激素的转录调节

以pGEM 3Z为载体 ,分别构建了家蚕 (Bombyxmori)和野桑蚕 (Bombyxmandarina)海藻糖酶基因启动子控制的荧光素酶基因报告质粒 ,利用昆虫细胞瞬时表达系统进行启动子特性分析 ,并就家蚕滞育激素对海藻糖酶基因启动子转录活性的调节作用进行了研究。结果表明 :家蚕和野桑蚕海藻糖酶基因启动子在家蚕Bm5细胞、Sf2 1细胞中都有转录活性 ,但是活性都很低 ;家蚕滞育激素在体外条件下对家蚕海藻糖酶基因启动子活性的调节有明显的剂量效应 ,13～ 33nmol/L时有明显的增强作用 ,由此推测来自家蚕卵巢的Bm5细胞可能存在与滞育激素作用的受体。     

HGTP基因与羊毛细度的相关性分析及其启动子活性研究

本研究旨在构建高甘氨酸－酪氨酸蛋白（HGTP）启动子荧光素酶报告基因载体并验证其活性,阐明HGTP基因在萨福克羊和中国美利奴羊皮肤毛囊组织中的表达差异与羊毛经济性状的关系。运用PCR方法扩增HGTP基因启动子序列片段,克隆至pGL3-Basic载体中构建重组质粒,并通过双酶切验证和测定核酸序列鉴定;转染皮肤成纤维细胞并检测报告基因的活性;测定羊毛的纤维直径、长度的数据,利用实时荧光定量PCR分析HGTP基因在不同品种绵羊的皮肤毛囊组织中的表达情况。结果显示,萨福克羊与中国美利奴羊的羊毛纤维直径及自然长度差异极显著（P<0.01）,HGTP基因表达水平与羊毛纤维直径存在极显著的高度正相关（P<0.01）,与羊毛自然长度呈现显著的中等负相关（P<0.05）,而羊毛直径与自然长度之间存在极显著的高度负相关（P<0.01）。HGTP基因在萨福克羊和中国美利奴羊皮肤组织中的表达水平差异极显著（P<0.01）。启动子活性荧光素酶检测结果显示,KAP6.1、KAP7和KAP8.1启动子元件在绵羊皮肤成纤维细胞和3T3细胞中均有表达,且在绵羊成纤维细胞中的活性极显著高于在3T3细胞中的活性（P<0.01）。HGTP基因可以作为研究羊毛纤维直径、自然长度的候选基因。构建不同长度的表达载体,转染皮肤成纤维细胞,获得的2个启动子元件都能驱动外源基因在体外细胞水平表达。绵羊HGTP基因启动子的功能研究为调控羊毛发育提供了理论依据。     

Growth hormone stimulates protein synthesis in bovine skeletal muscle cells without altering insulin-like growth factor-I mRNA expression

Growth hormone is a major stimulator of skeletal muscle growth in animals, including cattle. In this study, we determined whether GH stimulates skeletal muscle growth in cattle by direct stimulation of proliferation or fusion of myoblasts, by direct stimulation of protein synthesis, or by direct inhibition of protein degradation in myotubes. We also determined whether these direct effects of GH are mediated by IGF-I produced by myoblasts or myotubes. Satellite cells were isolated from cattle skeletal muscle and were allowed to proliferate as myoblasts or induced to fuse into myotubes in culture. Growth hormone at 10 and 100 ng/mL increased protein synthesis in myotubes (P < 0.05), but had no effect on protein degradation in myotubes or proliferation of myoblasts (P > 0.05). Insulin-like growth factor-I at 50 and 500 ng/mL stimulated protein synthesis (P < 0.01), and this effect of IGF-I was much greater than that of GH (P < 0.05). Besides stimulating protein synthesis, IGF-I at 50 and 500 ng/mL also inhibited protein degradation in myotubes (P < 0.01), and IGF-I at 500 ng/mL stimulated proliferation of myoblasts (P < 0.05). Neither GH nor IGF-I had effects on fusion of myoblasts into myotubes (P > 0.1). These data indicate that GH and IGF-I have largely different direct effects on bovine muscle cells. Growth hormone at 10 and 100 ng/mL had no effect on IGF-I mRNA expression in either myoblasts or myotubes (P > 0.1). This lack of effect was not because the cultured myoblasts or myotubes were not responsive to GH; GH receptor mRNA was detectable in them and the expression of the cytokine-inducible SH2-containing protein (CISH) gene, a well-established GH target gene, was increased by GH in bovine myoblasts (P < 0.05). Overall, the data suggest that GH stimulates skeletal muscle growth in cattle in part through stimulation of protein synthesis in the muscle and that this stimulation is not mediated through increased IGF-I mRNA expression in the muscle.     

山羊RORα基因的克隆、表达载体构建及功能分析

旨在克隆山羊维甲酸相关孤儿受体α(RORα)基因并构建其真核表达载体,然后利用生物信息学工具系统分析RORα的生物学特性,最后对其在山羊生物钟系统中的作用机制进行初步探究。本研究以1只健康的12月龄雄性西农萨能奶山羊为试验动物,提取其肝组织总RNA,经逆转录PCR反转录为cDNA后,利用常规PCR扩增山羊RORα基因的编码区(coding sequence,CDS)片段,使用同源重组法将其与pcDNA3.1-Puro-N-3HA载体相连接; 重组载体经PCR、酶切和测序鉴定后,将阳性质粒命名为pcDNA3.1-3HA-gRORα; 将pcDNA3.1-Puro-N-3HA和pcDNA3.1-3HA-gRORα质粒分别转染至HEK293T细胞后,通过实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,qPCR)和蛋白质免疫印迹(western blotting,WB)技术检测山羊RORα的表达; 同时利用ExPASy、ProtScale等软件对山羊RORα基因进行系统的生物信息学分析。另外,使用同源重组法分别构建含有山羊生物钟基因BMAL1和NR1D1启动子片段的pGL4.10-BMAL1-Promoter-Luc及pGL4.10-NR1D1-Promoter-Luc的荧光素酶报告质粒,并通过双荧光素酶报告试验探究山羊RORα蛋白调控BMAL1和NR1D1基因启动子转录活性的作用机制。PCR、酶切和测序鉴定结果表明,pcDNA3.1-3HA-gRORα重组质粒构建成功; qPCR和WB结果显示,pcDNA3.1-3HA-gRORα转染组RORα基因的mRNA表达水平和蛋白表达水平均显著高于pcDNA3.1-Puro-N-3HA转染组(P < 0.01)。生物信息学分析结果显示,山羊RORα基因CDS区序列与绵羊、牛和猪的相似性较高,分别为97.5%、97.1%和95.2%。山羊的RORα蛋白是一种亲水性蛋白。二级结构由α-螺旋、延伸链、β-转角和无规则卷曲组成,有信号肽的概率较小,无跨膜区; 三级结构与小鼠和人的RORα蛋白差异性极小,三者具有高度相似性。此外,PCR、酶切和测序结果表明,pGL4.10-BMAL1-Promoter-Luc和pGL4.10-NR1D1-Promoter-Luc重组质粒构建成功。双荧光素酶报告试验结果表明,山羊RORα蛋白可以显著上调山羊BMAL1和NR1D1基因启动子的转录活性。本研究成功构建了山羊RORα基因的真核表达载体,并证明了RORα蛋白可以正向调控山羊BMAL1和NR1D1基因的启动子活性,这为进一步探究山羊核受体RORα的功能及山羊生物钟的转录调控机制提供了前期基础。     

牛心型α肌动蛋白基因的进化及表达研究

试验旨在对鲁西黄牛心型α肌动蛋白的进化及表达进行研究,为研究该基因的功能提供依据。试验采用生物信息学方法对心型α肌动蛋白的进化进行了分析,利用Western blotting和免疫荧光的方法分析了牛心型α肌动蛋白的表达模式。结果显示,心型α肌动蛋白除在鲁西黄牛心脏组织中有强表达外,在骨骼肌中也检测到该蛋白的表达。推测心型α肌动蛋白除在成体鲁西黄牛的心脏发育过程中起作用外,在骨骼肌发育过程中也起作用。     

鸭CD8α基因启动子区的克隆及荧光素酶报告基因重组体的构建

旨在了解分化群α基因可能的调控序列及其转录调控机制。本研究利用基因组步移技术扩增鸭CD8α基因的启动子区序列,使用在线软件进行序列分析;分别将鸭肝炎易感组和抗性组的CD8α基因启动子区定向亚克隆至荧光素酶表达载体pGL3-Basic中,利用酶切与测序技术进行鉴定;并瞬时转染细胞,采用荧光素酶报告基因系统检测启动子载体的活性。结果,扩增出一条长度为2 480bp的片段(包含第一外显子56bp,启动子区2 424bp)。经序列分析,鸭CD8α基因启动子区具有典型的TATA-box、GC-box和CAAT-box,其转录起始位点位于翻译起始密码子ATG上游-406bp处,且发现了CdxA、Nkx-2、GATA-1、SRY等41个潜在转录因子结合位点。经酶切与测序鉴定,成功构建了鸭CD8α基因荧光素酶报告基因重组体。荧光素酶报告基因检测系统显示,构建的鸭肝炎易感组和抗性组的报告基因启动子载体具有相当的活性。研究结果为进一步探讨CD8α基因的转录调控奠定了基础。