猪CatSperB和CatSperG基因的克隆、表达及生物信息学

【目的】揭示猪CatSperB和CatSperG基因的存在、蛋白的结构特征、进化关系及时空表达特性。【方法】利用电子和分子克隆技术鉴定猪CatSperB和CatSperG基因全长cDNA,并利用定性RT-PCR和荧光定量RT-PCR进行CatSperB和CatSperG基因的时空表达研究。【结果】①分别获得了3 508 bp CatSperB和3 715 bp CatSperG电子转录子,分别包含3 330和3 483 bp开放阅读框,并经TA克隆测序验证,其CDS序列与人、牛、马和狗等的CatSperB和CatSperG基因的序列相似性在80%以上;②CatSperB分子质量为125.79 kD,为稳定蛋白;CatSperG分子质量为133.40 kD,为不稳定蛋白;③CatSperB和CatSperG 都包含 7 个通道蛋白保守的跨膜结构域,CatSperG蛋白C端含一个超螺旋结构,而CatSperB蛋白无明显的超螺旋结构信号;猪CatSperB和CatSperG与牛、狗和马的CatSperB和CatSperG蛋白同源关系较近,与人和小鼠的同源关系较远;④RT-PCR分析表明,CatSperB和CatSperG基因主要在睾丸中表达,但CatSperB在其它组织也有表达信号;⑤CatSperB和CatSperG基因mRNA表达水平在猪性发育的重要阶段,精子发生（60日龄）、初情期（90日龄）和性成熟（150日龄）前后都有显著提高（P＜0.05）。【结论】获得了猪CatSperB和CatSperG基因的cDNA克隆及其一系列生物信息学参数,揭示了CatSperB和CatSperG蛋白含7个保守的跨膜结构域及不同物种间的进化关系,证实CatSperB和CatSperG基因主要在睾丸表达,且其mRNA表达变化与公猪的性发育相一致。     

影响猪精子介导基因转移效果的因素研究

为优化猪精子载体法技术参数,利用荧光定量PCR、荧光显微镜检测和精液常规检测方法,分析不同DNA转染剂、不同孵育温度和不同形态DNA对猪精子转染外源DNA的影响。结果表明,PEI和TransFast转染剂能极显著提高猪精子转染效果,且PEI优于TransFast,而NanoFect转染剂包裹DNA不能转染精子。随着转染温度的升高,精子的活力和活率均明显下降,而转染率和内化外源DNA量基本保持稳定,而吸附外源DNA量呈下降趋势。环状DNA和线性化DNA在与精子共孵育后,两者的精子活力、活率、转染率和内化外源DNA量差异均不显著,精子吸附线性化DNA量极显著高于环状DNA量。综合分析表明,外源DNA形态对猪精子转染效果无显著影响;PEI和TransFast能够显著提高猪精子转染效果;共孵育温度以17℃为最佳,本结果为开展精子载体法制备转基因猪研究提供了基础试验依据。     

不同孵育时间对猪精子转染外源DNA效果的影响

建立稳定的精子载体法技术体系对家畜的转基因育种等研究具有重要意义.为获得公猪精子与DNA最佳共孵育时间,优化建立猪精子载体法技术体系,本研究通过定量PCR、荧光显微镜检测和精液常规分析方法等,研究分析猪精子与DNA不同共孵育时间对猪精子活力、活率、DNA转染率、吸附DNA和内化DNA量的影响.结果表明,多聚乙烯亚胺(polyethyleneimine,PEI)包裹的标记DNA与精子共孵育15、30、60和90 min后,随着孵育时间的延长,精子活力和活率有极显著下降(P＜0.01),而精子转染率呈极显著(P＜0.01)或显著(P＜0.05)上升,吸附外源DNA量和内化外源DNA量也呈上升趋势,但是30 min后不同孵育时间之间差异不显著(P＞0.05).此外,随着共孵育时间的延长,与精子转染率提高幅度相比,精子活力和活率的下降幅度更明显.综合考虑精子活力、活率、转染率、吸附DNA量和内化DNA量等参数,猪精子与外源DNA共孵育时间以30 min为最佳.     

多转座子载体的构建及转座特性比较研究

【目的】转座子（transposon, Tn）是染色体上可自主复制和移位的基本单位,普遍存在生物体基因组内,Sleeping beauty（SB）、piggyBac（PB）和Tol2分别来源于鲑鱼、甘蓝尺蠖蛾和青鳉鱼,是目前脊椎动物中活性较高的转座子。比较了这3种转座子在哺乳动物细胞的转染、插入和剪切效率,从而获得细胞水平上的高活性转座子系统。【方法】通过高保真PCR法分别从SB、PB和Tol2 3种转座子载体克隆3种转座子3′和5′端的转座元件,测序正确后,将各转座元件依次亚克隆至pT2-HB载体框架,构建成包含这3种转座子的多转座子载体pT3-PST。将绿色荧光蛋白表达框CAG-GFP和新霉素表达框PGK-NEO分别克隆至pT3-PST载体,获得两个表达载体pT3-PST-CAG-GFP和pT3-PGK-NEO。将这两个表达载体分别和转座酶表达质粒pCMV-SB100X、 pCMV-HAhyPBase、pCMV-Tol2以1﹕1质量比混合,经多聚阳离子PEI包裹,共转染小鼠胚胎成纤维细胞（3T3）,同时以突变失活的转座酶质粒SB△DD与转座子载体共转染作为阴性对照组。转染GFP 36 h后,用荧光显微镜进行检测GFP表达率,提取细胞基因组,以Amp基因作为内参,进行实时荧光定量PCR,检测GFP插入拷贝数;根据被剪切位置上下游序列设计引物,进行实时荧光定量PCR,检测3种转座子的剪切效率。细胞转染NEO 48 h后,用浓度为500 µg·mL^-1的G418进行耐药性筛选,至正常细胞基本全部死亡（10 d）,将细胞进行吉姆萨染液染色,统计耐药细胞数,从而比较各组转座活性。【结果】成功构建了多转座子载体PT3-PST、pT3-PST-CAG-GFP和pT3-PGK-NEO。实验组转染细胞效率均大于50%,且差异不显著（P＞0.05）。SB组GFP相对拷贝数高于Tol2和PB组,但差异不显著（P＞0.05）,均显著高于对照组（P＜0.05）。SB和PB组剪切效率显著高于Tol2组（P＜0.05）,但SB和PB组之间差异不显著（P＞0.05）。pT3-PGK-NEO与转座酶共转染3T3细胞,G418抗性筛选结果表明,SB组耐药细胞数显著高于PB和Tol2组（P＜0.05）,但PB和Tol2两组差异不显著（P＞0.05）,此3组均极显著高于阴性对照组（P＜0.01）。【结论】SB转座子系统在细胞水平的转座效率优于PB和Tol2,为细胞水平的转基因研究提供有效基因转移工具。     

Sleeping Beauty (SB)转座子介导增强型绿色荧光蛋白基因(EGFP)体内转染鸡胚胎

为了探索转座子介导技术在鸡胚中的转染效果,本研究采用鸡蛋开窗法将Sleeping Beauty (SB)单质粒转座载体pT2-SV40-EGFP-SB11注射至孵化36 h鸡(Gallus domes ticus)胚盘中,同时设开窗不注射组和不开窗组.利用体视荧光显微镜和RT-PCR方法检测增强型绿色荧光蛋白基因(EGFP)表达率,并比较不同阶段的胚胎成活率、孵化率以及蛋重变化.结果表明,EGFP在鸡胚胎中获得较高的表达率(40％～89％);开窗组和不开窗组在胚胎发育早期蛋重变化差异不显著(P＞0.05),而后期开窗注射组的蛋重比例显著低于不开窗组(P＜0.05);三组胚胎的成活率和孵化率在整个发育过程中变化显著(P＜0.05).本实验初步证明了经改良的鸡蛋开窗法可用于鸡胚转基因研究,并初步建立了SB转座子介导外源基因在鸡胚中转染方法.