水牛SND1基因克隆及生物信息学分析

试验旨在利用电子克隆法对水牛SND1（staphylococcal nuclease and tudor domain containing 1）基因进行克隆和序列分析，为探究该基因对水牛泌乳性能的作用机制奠定基础。以奶牛SND1基因（GenBank登录号：NM_205784.1）作为种子序列，利用Primer Premier 5.0设计3对引物，以水牛基因组DNA为模板，PCR扩增水牛SND1基因mRNA序列，扩增获得序列连接pMD18-T载体，通过测序拼接获得水牛SND1基因mRNA全序列，并对其进行生物信息学分析。结果显示，水牛SND1基因完整编码序列长为3 503 bp，包含长为2 733 bp CDS序列，编码910个氨基酸，蛋白分子式为C₄₅₂₃H₇₁₈₃N₁₂₈₁O₁₃₅₄S₂₆，分子质量为102.01 ku，理论等电点（pI）为6.74，不稳定系数为42.07，平均亲水性为-0.419，属可溶酸性蛋白。二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主，其中α-螺旋占37.80%，无规则卷曲占34.18%。结合Protfun 2.2在线软件对SND1的功能进行预测分析表明，该蛋白在嘌呤和嘧啶、中央中间代谢、能量代谢、氨基酸生物合成发挥功能的可能性分别为0.449、0.401、0.303和0.262。SND1基因编码区序列与黄牛、绵羊、山羊、猪、马、人的同源性分别为98.7%、97.8%、97.8%、93.8%、93.1%和91.7%，物种之间同源性较高，系统进化情况与其亲缘关系远近一致。利用SMART在线软件预测蛋白结构域，结果显示，水牛SND1蛋白包含有4个SN区域，说明SND1基因编码区在进化过程中较为保守。     

水牛MFSD2A基因多态性及其与产奶性状的关联分析

【目的】研究水牛主要促进因子超家族成员2a(major facilitator superfamily domain containing 2a,MFSD2A)基因多态性,并筛选与水牛产奶性状相关联的SNP。【方法】采集383头健康水牛血液DNA,利用PCR扩增和Sequenom MassARRAY飞行时间质谱技术对SNP位点进行筛选及基因型检测,并进行遗传多样性、连锁不平衡(LD)和单倍型分析,以及对不同基因型和单倍型与水牛产奶性状进行关联分析。【结果】在水牛MFSD2A基因中检出7个SNPs位点,多态信息含量(PIC)均在0.25~0.40之间,属于中度多态,除g.8290 T＞C位点外,其余位点均处于Hardy-Weinberg平衡状态(P＞0.05);关联分析结果表明,这7个SNPs位点与305 d产奶量均显著关联(P＜0.05),且突变杂合子基因型的305 d产奶量是3种基因型中最低的,g.568 C＞G和g.701 A＞G位点与乳脂率显著关联(P＜0.05),乳脂率从大到小依次为突变纯合子＞野生纯合子＞突变杂合子,g.568 C＞G、g.3326 G＞A、g.8290 T＞C和g.8523 C＞G位点与乳蛋白率显著关联(P＜0.05),7个SNPs位点与乳尿素氮关联均不显著(P＞0.05);连锁不平衡和单倍型分析结果明,g.568 C＞G、g.701 A＞G和g.3203 T＞G位点可组成一个单倍型模块(Block 1),g.8523 C＞G和g.9138 G＞T位点可组成另一个单倍型模块(Block 2)。其中g.568 C＞G和g.701 A＞G、g.568 C＞G和g.3326 G＞A、g.8523 C＞G和g.9138 G＞T位点的r²分别为0.87、0.37和0.48,处于强连锁不平衡状态。Block 1中的H1(CAG)单倍型乳蛋白率显著高于H2(CAT)和H3(GCT)(P＜0.05),Block 2中的D3(GG)单倍型305 d产奶量极显著高于D1(CG)和D2(CT)(P＜0.01)。【结论】筛选出的MFSD2A基因7个SNPs位点与305 d产奶量均显著关联,g.568 C＞G和g.701 A＞G位点与乳脂率显著关联,g.568 C＞G、g.701 A＞G、g.3326 G＞A、g.8290 T＞C和g.8523 C＞G位点与乳蛋白率显著关联,这7个SNPs位点与乳尿素氮均无显著关联。纯合子的基因型在高305 d产奶量和乳脂率的选择上更有优势,H1(CAG)和D3(GG)单倍型是提高水牛305 d产奶量和乳蛋白率的有利单倍型。     

水牛HSD17B1基因克隆分析及其真核表达载体构建

为了阐明水牛17β-羟类固醇脱氢酶1 (17 beta-hydroxysteroid dehydrogenase 1,HSD17B1)基因对水牛繁殖性能的影响,本试验采用了3'-RACE克隆获得HSD17B1基因,并对其核苷酸序列和蛋白质序列进行了生物信息学分析,通过构建其真核表达载体并转染293T细胞验证所构建载体的准确性。结果表明,水牛HSD17B1基因编码区长954 bp,3'-UTR区长58 bp,编码317个氨基酸。BLAST分析显示水牛HSD17B1核苷酸序列与牛、绵羊、猪、马、犬、非洲象和人的相似性分别为100%、100%、92%、94%、87%、87%和87%,系统进化树分析结果表明,HSD17B1基因在不同物种及进化的过程中具有高度保守性。蛋白质分析结果表明HSD17B1蛋白呈弱酸性,无信号肽,亚定位于细胞质,存在type1_17beta-HSD-like_SDR_c、PRK05993、LPOR和FabG等结构域。试验成功构建了水牛HSD17B1基因真核表达载体pEGFPN1-HSD17B1,转染293T后,产生较强的绿色荧光信号,表明能够形成HSD17B1-EGFP融合蛋白。水牛HSD17B1基因的克隆及其真核表达载体的成功构建,为今后阐明HSD17B1基因在水牛卵泡及胚胎发生过程中的作用及分子机制奠定了理论基础。     

腺病毒载体转染水牛不同原代体细胞的效果比较

试验旨在比较腺病毒载体转染水牛乳腺上皮细胞、卵丘细胞、成纤维细胞的效率。将腺病毒质粒pBHGloxdelE13cre、pDC316-eGFP脂质体转染293细胞,收集病毒并测定病毒滴度。用腺病毒载体按不同的感染复数（MOI）感染水牛乳腺上皮细胞、卵丘细胞、成纤维细胞,72 h后倒置荧光显微镜下观察,统计感染效率。MOI为25、50、100、200、400时,成纤维细胞感染效率分别为0.7%、7.0%、9.0%、12.5%、34.0%,卵丘细胞感染效率分别为42.5%、55.3%、57.4%、76.0%、80.0%,乳腺上皮细胞感染效率分别为88.7%、100%、100%、100%、100%。结果表明,腺病毒转染乳腺上皮效率最佳,卵丘细胞次之,成纤维细胞效果较差。     

FADS2基因在奶牛乳腺细胞中的过表达和干扰研究

为了研究脂肪酸脱氢酶2(fatty acid desaturases 2,FADS2)基因在奶牛乳腺细胞脂肪酸代谢中的作用,本研究在奶牛乳腺上皮细胞中对FADS2基因进行过表达和干扰,研究FADS2基因表达对脂肪酸合成相关基因的调控及对奶牛乳腺上皮细胞中甘油三酯含量的影响。针对FADS2基因的CDS序列设计siRNA和过表达载体pcDNA3.1-FADS2-EGFP,转染奶牛乳腺细胞检测FADS2基因过表达和干扰对脂肪酸代谢相关基因表达的影响及细胞中甘油三酯含量的变化。结果显示,试验成功获得过表达载体pcDNA3.1-FADS2-EGFP和干扰片段,转染细胞后具有良好的过表达和干扰效果。FADS2基因过表达后,1-酰基甘油磷酸酰基转移酶(AGPAT1)、固醇调节元件结合蛋白裂解激活蛋白(SCAP)、3-磷酸甘油转移酶(GPAM)、脂肪酸延长链5(ELOVL5)、乙酰辅酶A酰基转移酶1(ACAA1)、脂肪酸脱氢酶1(FADS1)、二酰基甘油转酰基酶1(DGAT1)和过氧化物酶体增殖激活受体α(PPARα)基因显著下调(P<0.05),脂滴蛋白2(PLIN2)基因极显著上调(P<0.01)。FADS2基因干扰过后可引起AGPAT1、GPAM、ELOVL5、ACAA1、PLIN2和FADS1基因显著上调(P<0.05),脂肪酸合成胰岛素诱导基因1(INSIG1)极显著上调(P<0.01),DGAT1和PPARα基因显著下调(P<0.05)。甘油三酯检测结果显示,FADS2基因过表达和干扰均可降低奶牛乳腺上皮细胞中甘油三酯的含量。综上所述,在奶牛乳腺上皮细胞中,FADS2基因能调控脂质合成相关基因的表达,对乳腺脂质合成具有调控作用。     

荧光素酶基因报告载体的构建

为筛选和验证人工锌指核酸酶的活性,本研究基于SSA原理,采用LA-PCR法和基因工程操作技术构建了1个荧光素酶基因报告载体.经菌落PCR、限制性内切酶鉴定及DNA测序验证表明,锌指核酸酶筛选验证的报告载体构建成功,为进一步开展锌指核酸酶技术研究提供了试验平台.     

水牛溶血磷脂酸受体3基因的克隆及生物信息学分析

本试验旨在进行水牛溶血磷脂酸受体3（lysophosphatidic acid receptor 3，LPAR3）基因的克隆及生物信息学分析。以水牛卵巢组织DNA为模板，参考GenBank中公布的水牛LPAR3基因（登录号：XM_006047539.1）序列设计引物，利用PCR扩增水牛LPAR3基因序列，并对其进行生物信息学分析。结果显示，水牛LPAR3基因全序列为1 552 bp，包含1个1 062 bp的CDS序列，编码353个氨基酸。同源性对比结果表明，水牛LPAR3基因编码的氨基酸序列与美洲野牛、黄牛、绵羊、野猪、马、果蝠、白眉猴同源性分别为99.4%、98.9%、98.0%、88.6%、90.0%、90.3%和91.2%，表明LPAR3基因在不同物种间具有较高的保守性。LPAR3蛋白分子式为C₁₈₅₃H₂₈₇₈N₄₇₆O₄₈₆S₃₁，分子质量为40.59 ku，理论等电点（pI）为9.52，不稳定系数为47.05，平均亲水性为0.324，属于碱性不稳定疏水蛋白质；该蛋白质存在7个跨膜结构且无信号肽，属于非分泌蛋白；二级结构分析表明LPAR3以α-螺旋、无规则卷曲和延伸链为主，其中α-螺旋占48.16%，无规则卷曲占41.36%，延伸链占10.48%，属于全α类蛋白质，与三级结构预测结果一致；亚细胞定位分析发现，LPAR3蛋白分布在等离子体膜（56.5%）、内质网（26.1%）、空泡（8.7%）、高尔基体（4.3%）和细胞核（4.3%）中，推测可能在运输和结合及嘌呤和嘧啶等方面发挥转运蛋白和信号转导等作用。本试验结果可为今后深入探讨LPAR3基因功能奠定基础。     

SAHA对水牛卵母细胞体外成熟及胚胎发育潜能的影响

卵母细胞体外成熟过程中组蛋白修饰发生了剧烈的变化,其表达模式的改变对卵母细胞的成熟乃至后续胚胎的发育有着至关重要的作用.去乙酰化酶抑制剂-伏立诺他(suberoylanilide hydroxamic acid,SAHA)作为新型抗癌药物,是组蛋白去乙酰化酶的潜在抑制剂,在体内和体外抑制多种类型肿瘤细胞生长并促进其分化和凋亡.为探讨组蛋白去SAHA对水牛Bubalus bubalus)卵母细胞体外成熟和胚胎体外发育潜能的影响,本研究比较了不同浓度(0,2,5,10,20和40 nmol/L)SAHA处理成熟期的水牛卵母细胞对其成熟率(第一极体排出率)、受精卵分裂率、囊胚率和囊胚总细胞数的影响.结果表明,10 nmol/L SAHA处理组成熟率、卵裂率、囊胚率显著高于对照组((77.07±1.79)％和(62.3士2.08)％,(86.81±1.93)％和(74.86±2.07)％,(27.56±2.86)％和(24.23±1.74)％,P＜0.05).随着浓度增加,各处理组囊胚总细胞数有提高的趋势,但组间差异不显著(141±10,151±13,165±17,170±14,147±20,185士22,P＞0.0S).qRT-PCR检测结果显示,SAHA对水牛卵母细胞成熟过程的处理,均显著下调了cAMP反应元件结合蛋白(cAMP responsive element binding protein,CREB)结合蛋白基因CBP、组蛋白乙酰转移酶1基因(histone acetyltransferases 1,HAT1)、组蛋白去乙酰化酶1基因(histone deacetylase 1,HDAC1)在MⅡ期卵母细胞中的表达,P300则有所上调.实验结果表明,组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA处理是一种能够提高水牛卵母细胞体外成熟效率促进胚胎发育的有效途径之一,该研究结果可为今后研究转基因克隆胚胎发育相关基因调控机理提供了理论基础.     

腺病毒介导的高效生产水牛转基因胚胎条件的摸索

试验旨在探究腺病毒感染水牛颗粒细胞和胚胎的最佳条件,以提高转基因水牛胚胎的生产效率。以水牛颗粒细胞和体外发育的胚胎为研究对象,分别用0、1×10~0、1×10~(-1)、1×10~(-2)、1×10~(-3)、1×10~(-4)、1×10~(-5) GFU/mL腺病毒感染水牛颗粒细胞,获得最佳感染浓度后,在最佳浓度条件下分别感染24、48、72、96 h,摸索最佳感染时间,用倒置荧光显微镜观察试验结果。利用腺病毒感染水牛颗粒细胞的最佳浓度和时间分别感染2细胞和4细胞期胚胎,对胚胎的最佳感染条件进行摸索,分析胚胎分裂率、囊胚率和转染囊胚率。结果显示,1×10~(-2) GFU/mL浓度和48 h感染时间可获得水牛颗粒细胞的最佳腺病毒感染效率。腺病毒感染2细胞和4细胞期无透明带和非完整透明带胚胎后胚胎发绿光,而感染完整透明带胚胎后不发光,2细胞期胚胎感染后停止发育,4细胞期开始感染的非完整透明带胚胎可继续发育至囊胚。于4细胞期分别感染完整透明带组、非完整透明带组和无透明带组水牛胚胎,结果显示,非完整透明带转染组在囊胚率和囊胚转染效率上均优于其他组。综上,非完整透明带,1×10~(-2) GFU/mL和48 h为感染浓度和时间,4细胞期为感染起始期的腺病毒介导的水牛转基因胚胎生产方法能够实现目标基因在水牛胚胎中的高效表达,从而达到提高转基因水牛胚胎生产效率的目的。