无卵丘的水牛卵母细胞体外成熟方法的研究

卵母细胞生长发育和成熟调控机理的研究,是生殖生物学领域研究的热点和难点。研究发现,卵丘细胞的存在与否严重影响卵母细胞的体外成熟质量,且小鼠无卵丘的卵母细胞经体外成熟并常规体外受精后未能得到“试管后代”,表明常规体外培养方法明显降低无卵丘的卵母细胞发育潜能。可能的原因是:(1)卵母细胞与颗粒细胞间的间隙连接丢失,这种连接对卵母细胞的胞质成熟是至关重要的。(2)皮层颗粒的减少或继续生成路径的障碍。(3)卵母细胞易于贴底,造成变形,从而可能引起卵母细胞内细胞器机械性移位,造成损伤,且贴底后可能影响卵母细胞与培养基的物质交换。因此,探明卵丘细胞在卵母细胞体外成熟的作用及机制,探索培养无卵丘的水牛卵母细胞的新方法,对于今后进一步提高卵母细胞成熟质量具有重大的指导意义。本研究针对去卵丘细胞的卵母细胞体外培养存在的问题,以卵巢组织、卵丘细胞为介质来模拟卵母细胞在体内的状态,试验分为5组:M1,直接培养法(对照组);M2,与单层卵丘细胞共培养法;M3,未扩展卵丘细胞包围法;M4,扩展卵丘细胞团支撑法;M5,卵巢组织薄片包围法。培养24 h后计算第一极体(PB1)排出率,随后对这些卵母细胞进行孤雌激活。结果发现:成熟24 h时,M4组的第一极体排出率明显高于M1组和M5组,其他各组间没有显著差异(P>0.05);孤雌激活结果显示M5组的卵裂率显著低于M1组(P<0.05),而M2组与M1组间没有差异(P>0.05);但M3和M4两组的囊胚发育率显著高于M1组和M5组(P<0.05)。结论:(1)扩展卵丘细胞团支撑法支持无卵丘的水牛卵母细胞的体外核质成熟,而未扩展卵丘细胞包围法促进卵母细胞胞质的成熟,这可能是通过重新构建卵丘-卵母细胞间的间隙连接实现的;(2)与单层卵丘细胞共培养法并不能促进无卵丘的水牛卵母细胞的核成熟及其发育潜力;(3)用卵巢组织包围不能模拟体内卵巢的环境,且卵巢组织可能分泌抑制卵母细胞胞质成熟的因子。目前对无卵丘卵母细胞的培养方法的研究甚少,而我们建立的卵丘细胞团包围/支撑法及卵巢组织包围培养法未见类似的报道。本研究初步建立了水牛无卵丘卵母细胞的有效培养方法,将为研究卵母细胞生长发育和成熟调控机理提供新的模型,为利用无卵丘的水牛卵母细胞提供理论和技术支持。     

卵丘细胞对牛卵母细胞体外成熟和体外受精的影响

本试验探讨了卵母细胞周围不同类型的卵丘细胞对牛卵母细胞体外成熟、受精及其随后的胚胎发育的影响。卵母细胞周围一般都含有多层卵丘细胞。按卵丘细胞的层数及形态将卵母细胞大致分为５类：（１）无卵丘细胞；（２）有２～３层卵丘细胞；（３）有４～５层卵丘细胞；（４）有６层以上卵丘细胞；（５）异常者（即卵母细胞外周有较厚的透明胶状物而无正常卵丘细胞）。以上５种卵母细胞经体外成熟培养并受精后，其卵裂率（分别为：４８．８％，７０．９％，８４．４％，８２．１％，６８．２％）及囊胚发育率（分别为：０．０％，１７．８％，３３．３％，５４．６％，２５．０％）除异常者外均随着卵丘细胞层数的增加而提高（Ｐ＜０．０５）。对含有２～６层卵丘细胞的卵母细胞成熟后进行不同程度的剥离处理。然后按剥离程度分为３组：（１）全部剥离；（２）仅剩放射冠；（３）放射冠外有２～３层卵丘细胞。受精后３组间的卵裂率无显著差异（分别为：８１．７％，８５．２％，８４．４％）。而囊胚发育率（分别为：１６．８％，２３．８％，２３．４％），全部剥离组明显低于其他两组（Ｐ＜０．０５）。试验结果表明卵丘细胞对卵母细胞的体外成熟有促进作用，从而影响随后的受精及胚胎发育。     

卵母细胞生发泡破裂(GVBD)发生前后脱卵丘细胞对猪卵母细胞体外成熟的影响

成熟卵母细胞的细胞质对供体细胞的重编程有作用,卵母细胞的成熟状态成为核移植过程的关键因素。为了研究卵母细胞体外成熟过程中卵母细胞生发泡破裂(germinal vesicle breakdown,GVBD)发生前后脱卵丘细胞对卵母细胞的影响,本研究采用猪(Sus scrofa)卵丘-卵母细胞复合体(cumulus-oocyte complexes,COCs)于体外培养,每隔5 h取卵母细胞采样,置于地衣红染液中染色,根据卵母细胞染色体构型的变化确定卵母细胞的分期,然后在21、27和42 h的卵母细胞进行脱卵丘细胞处理,观察极体数。体外培养不同时间压片观察结果表明,直径2~6 mm卵泡卵母细胞在体外培养时,2~17 h大部分卵母细胞处于GV期(88.30%~52.38%);22 h有63.25%的卵母细胞处于生发泡破裂至前中期(germinal vesical breakdown~premetaphaseⅠ,GVBD~pre-MⅠ);27 h处于中期Ⅰ(metaphaseⅠ,MⅠ)的卵母细胞最多(42.25%);32 h处于后期Ⅰ(anaphaseⅠ,AⅠ)的卵母细胞比例最多(29.90%);37 h处于末期Ⅰ(telophaseⅠ,TⅠ)的卵母细胞比例最多(40%);42 h绝大部分卵母细胞达到了中期Ⅱ(metaphaseⅡ,MⅡ)(72.81%)。分别采取21、27和44 h的卵母细胞进行脱卵丘细胞处理,发现21 h脱卵丘细胞后卵母细胞成熟率为25.56%,低于27 h处理卵的成熟率(34.33%),42 h脱卵丘细胞的卵母细胞的成熟率最高达到84.33%。结果说明,体外卵母细胞成熟过程中,卵丘细胞对卵母细胞的成熟具有重要意义,为进一步探讨和分析猪卵母细胞体外成熟培养的方法,改良体外培养体系,提高猪卵母细胞体外培养成熟率,进而提高胚胎体外培养质量提高奠定基础。     

小鼠卵丘细胞对牛卵母细胞体外成熟和孤雌发育的影响

本实验通过牛生发泡(GV)期无卵丘细胞卵母细胞-裸卵(denuded oocytes,DOs)与小鼠卵丘细胞(mouse cumulus cells,mCCs)共培养,研究异种mCCs对牛DOs体外成熟和孤雌激活后发育的影响,进而探讨卵丘细胞对卵母细胞的作用机制,为牛卵母细胞体外成熟效率提高提供实验依据.牛卵母细胞分为COCs(cumulus-oocytes complexes)组、DOs+bCCs(bovine cumulus cells,bCCs)组、DOs+mCCs组和DOs组4个组合,体外成熟22～24h后,检测各组卵母细胞第一极体排出率、MⅡ期卯母细胞中谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量利孤雌激活后的发育能力,以及卵母细胞内骨形态发生蛋白15( BMP15和生长分化因子9(GDF9)mRNA相对表达水平.结果表明:(1) DOs+mCCs组和DOs+bCCs组卵母细胞核成熟率[(68.48±5.71)％,(71.00±4.27)％]显著低于COCs组(84.70±3.41)％(P＜0.05),但均显著高丁DOs组(54.26±5.03)％(P＜0.05); (2) DOs+mCCs组MⅡ卵母细胞GSH含量和孤雌激活囊胚率[(2.48±0.24) pmol/oocyte,(44.19±4.03)％]与DOs+bCCs组[(2.49±0.18)pmol/oocyte,(48.57±5.20)％]和DOs组[(2.40±0.17)pmol/oocyte,(43.47±7.34)％]之间没有差异,但分别显著低于COCs组[(9.67 ±0.18)pmol/oocyte,(59.93±6.13)％](P＜0.05),各组孤雌激活卵裂率之间没有显著差异[(98.85±4.32)％,(92.11±2.00)％,(95.40±4.11)％,(93.18±3.19)％](P＞0.05);(3)DOs+mCCs组、DOs+bCCs组和COCs组卵母细胞中BMP15和GDF9 mRNA相对表达水平均显著性高于DOs组(P＜0.05),其中,DOs+mCCs组和COCs组GDF9 mRNA相对表达水平显著高于DOs+bCCs组(P＜0.05).实验结果表明,mCCs能提高牛DOs的核成熟率及BMP15和GDF9 mRNA相对表达水平,但对牛DOs的细胞质成熟和MⅡ卵母细胞孤雌激活胚胎囊胚发育没有促进作用,说明卵丘细胞通过一些旁分泌因子促进卵母细胞核成熟,且这些因子的作用可能没有种属特异性.     

卵丘细胞在牛卵母细胞体外受精生产胚胎中的作用

牛体外胚胎生产是解决胚胎移植产业化胚胎来源的有效技术方法,其包括卵母细胞体成熟、体外受精和受精卵体外胚胎.而体外受精胚胎的质量是影响胚胎移植妊娠率与犊牛成活率的重要因素.体外受精过程中卵丘细胞分泌的一些重要物质(类固醇激素、细胞生长因子等),对牛卵母细胞体外成熟、体外受精以及受精卵体外发育都具有重要的促进作用.本文综合了近年来该领域的研究进展,着重分析了卵丘细胞对卵母细胞体外成熟,以及体外受精过程中卵丘细胞的分泌功能、质量和共培养体系对卵母细胞体外受精效率的影响.     

卵泡直径和卵丘细胞对牛卵母细胞体外受精后发育潜力的影响

本实验以屠宰场牛卵巢为材料,研究了卵泡大小和卵丘细胞对卵母细胞体外受精后发育潜力的影响,结果表明卵泡在小和卵丘细胞直接卵母受精后的发育。直径为２～８ｍｍ卵泡中的卵母细胞经体外成熟和体外受精后,卵裂率（６０．９％ＶＳ３７．０％,Ｐ〈０．０５）和受精卵的囊胚发育率（５６．０％ＶＳ３８．０％,Ｐ〈０．０５）明显高于直径小于２ｍｍ卵泡中的卵母细胞。而直径在８ｍｍ以上的卵母细胞卵裂率显著低于２～８ｍｍ卵泡、     

HSP27基因在牦牛卵母细胞和体外早期胚胎中的表达

为了探讨牦牛HSP27(heat shock proteins27, HSP27)基因在牦牛卵母细胞和早期孤雌激活胚胎中的表达情况及定位,本试验通过实时荧光定量PCR检测牦牛HSP27基因在未成熟卵母细胞和成熟卵母细胞以及孤雌激活不同时期胚胎中的相对表达量,用免疫荧光染色法检测HSP27蛋白在未成熟卵母细胞和成熟卵母细胞以及孤雌激活不同时期胚胎中的表达与定位情况。结果显示,HSP27基因在牦牛未成熟卵母细胞和成熟卵母细胞以及体外培养孤雌激活不同时期胚胎中均可表达,其中在未成熟卵母细胞中的表达量显著高于成熟卵母细胞;在孤雌激活胚胎中,2~4细胞期表达量最高,囊胚期胚胎表达量最低,随着胚胎的发育,HSP27的表达量呈现逐渐降低的趋势;在2~4细胞期和囊胚期胚胎中的表达与其他组表达存在显著差异性,在5~8细胞期和桑椹胚中的表达无显著差异。免疫荧光染色结果表明,HSP27蛋白在牦牛卵丘细胞和卵母细胞中均有表达,在牦牛孤雌激活2~4细胞期、5~8细胞期和桑椹期胚胎中主要表达于细胞核内和细胞质中,在囊胚期主要表达于细胞核中;而HSP27蛋白的表达水平与基因表达水平基本一致。本研究为后续研究HSP27基因在牦牛生殖生理过程中的作用机制提供了参考。     

猪卵母细胞孤雌激活的初步研究

对不同浓度离子霉素以及不同质量(A类或混合类)的猪卵丘细胞-卵母细胞复合体(COC s)对卵孤雌发育的效果影响进行了初步研究。结果表明:(1)A类猪COC s孤雌激活后的囊胚发育率极显著的高于混合类(30.11%vs 9.09%,P<0.01);(2)采用化学方法激活体外成熟后的猪去透明带卵母细胞,离子霉素浓度为5μm o l/L组激活后得到的卵裂率(80.35%),以及激活后48 h发育到4细胞阶段的孤雌胚胎率(62.50%)均极显著高于浓度2μm o l/L组(分别为62.22%和43.33%,P<0.01)。     

不同成熟液对猪卵母细胞体外成熟和体外受精后早期胚胎发育的影响

本研究探讨了不同成熟液[改良TCM-199液(mTCM)和改良NCSU-23液(mNCSU)]对猪卵母细胞体外成熟和体外受精后早期胚胎发育的影响，以期提高其受精和胚胎发育潜能。试验表明：(1)猪卵母细胞的核成熟与其周围的卵丘细胞扩展没有必然的联系，卵丘细胞扩散或成放射状不宜作为猪卵母细胞核成熟的标准，只有排出第一极体才能作为猪卵母细胞核成熟的标志；(2)利用mTCM 10％猪卵泡液和mNCSU 10％猪卵泡液的猪卵母细胞体外培养核成熟效果优于mNCSU 10％胎牛血清，但这三组成熟液对猪卵母细胞的卵丘细胞扩散和体外受精后的早期胚胎发育无显著影响。     

季节对体外成熟卵母细胞的发育能力的影响

猪的卵母细胞对外界环境非常敏感,造成猪的胚胎学相关研究是家畜繁殖学研究领域中最困难的方面之一。猪卵脆弱的主要原因是其胞质中含有大量的脂肪滴,但目前其具体生物学功能还不清楚。众所周知,猪的繁殖表现和环境密切相关,例如,温度、湿度、光照等。本研究目的是描述季节的变化对体外成熟卵母细胞发育能力的影响。连续两年从当地屠宰场获取初情期前猪卵巢,抽取猪卵丘卵母细胞复合体,并在不含BSA的NCSU-23(添加10 ng/mL EGF,10 ng/mL leptin,0.57 mm o l/L cysteine,10 IU/mL PM SG和10 IU/mL hCG)中培养44 h,然后用透明质酸酶脱去卵丘。部分卵母细胞经过电击进行孤雌激活,部分卵母细胞用来进行体细胞核移植。对于猪体细胞核移植,使用长白猪胎儿成纤维细胞做为核供体,上述脱去卵丘的卵母细胞作为胞质供体。克隆胚和孤雌胚在添加4 m g/mL的BSA液滴中培养,第2天和第6天分别计算卵裂和囊胚率(D 0:融合或激活的当天)。其中每个实验至少重复3次,所有实验都经过SPSS(13.0)统计分析。比较了不同季节每对卵巢获得A级卵(外包3层以上致密的卵丘细胞并且卵胞质均匀的卵母细胞为A级卵)和B级卵(外包2~3层卵丘细胞并且胞质均匀的卵母细胞为B级卵)的数量以及卵母细胞核成熟的比例(实验1),统计分析了不同季节孤雌(实验2)和核移植(实验3)胚胎发育能力的差异。实验1中发现春季(3~5月)COC s/ovary pairs的比例最高[7.6±3.5(春)vs 6.4±3.3(夏),6.7±2.9(秋),6.7±3.4(冬),P<0.05]。然而,没有发现卵母细胞的MⅡ百分比有显著性差异[75.3%±3.3%(春),73.5%±2.3%(夏),73.0%±4.2%(秋),76.5%±6.7%(冬),P<0.05]。实验2中观察到夏季孤雌胚胎的囊胚率显著性降低[10.2%±2.7%(春)vs 27.2%±3.5%(夏),24.2%±3.2%(秋),22.3%±3.4%(冬),P<0.05]。实验3,猪体细胞克隆胚胎在春季囊胚率获得提高[12.2%±1.3%(春)vs 10.3±1.1%(秋),8.1±1.4%(冬),P<0.05]。以上结果表明,季节变化影响体外成熟卵母细胞的发育能力。     

梅山猪、大白猪和梅大杂交猪背最长肌中差异表达的14个表达序列标签的分离、鉴定及组织表达分析

为了揭示猪杂种优势的分子机理,利用mRNA差异显示技术研究梅山猪,大白猪和梅大杂交猪背最长肌中基因表达的差异,分离14条在杂种与纯种背最长肌中差异表达的表达序列标签(EST),并用半定量RT-PCR鉴定.核苷酸序列分析表明,这14个EST与已知的基因或表达序列标签没有明显的同源性,随后这14条EST被提交到GenBank数据库.组织表达谱分析揭示了这些EST在心、脾、肝、肾、小肠、卵巢、肺等绝大多数组织中表达,说明这些基因对生命过程很重要.这些研究结果表明梅山×大白杂交组合的杂种与纯种之间的不同基因差异表达的方向存在巨大差异,猪杂种优势可能是在一定阶段有诸多不同的必不可少的基因向各种方向差异表达共同作用的结果.     

(英文)

为了揭示猪杂种优势的分子机理，利用mRNA差异显示技术研究梅山猪，大白猪和梅大杂交猪背最长肌中基因表达的差异, 分离14条在杂种与纯种背最长肌中差异表达的表达序列标签(EST), 并用半定量RT-PCR鉴定。核苷酸序列分析表明, 这14个EST与已知的基因或表达序列标签没有明显的同源性，随后这14条EST 被提交到GenBank数据库。组织表达谱分析揭示了这些EST在心、脾、 肝、肾 、 小肠、 卵巢、 肺等绝大多数组织中表达, 说明这些基因对生命过程很重要。这些研究结果表明梅山×大白杂交组合的杂种与纯种之间的不同基因差异表达的方向存在巨大差异，猪杂种优势可能是在一定阶段有诸多不同的必不可少的基因向各种方向差异表达共同作用的结果。     

牛体外受精胚胎早期发育差异表达基因的筛选及定量检测

卵母细胞成熟和母源型-合子型过渡过程中,存在大量基因的表达差异,使得应用mRNA差异显示(DDRT-PCR)筛选对胚胎发育起关键作用的基因成为可能。为了解牛卵母细胞成熟过程及体外受精胚胎不同发育阶段相关基因mRNA表达规律,本研究以牛生发泡(GV)期卵母细胞、体外受精获得的8细胞期胚胎和囊胚期胚胎为检测对象,利用mRNA差异显示技术筛选这三个时期mRNA表达差异基因,并用实时定量PCR分析差异基因在这三个时期以及体外成熟卵母细胞中的mRNA丰度。结果成功筛选得到5个差异片段,经测序和GenBank数据库比对分析,检索到与这5个片段有高同源性的已知基因,分别为无机焦磷酸1基因(PPA1)、ErbB2互作蛋白基因(ERBB2IP)、350kD中心体相互作用蛋白基因(CEP350)、核糖体蛋白L27a基因(RPL27A)和Ⅱ类主要组织相容复合物下调因子基因(IK),实时定量PCR检测和SPSS统计分析结果表明,PPA1、ERBB2IP和CEP350mRNA表达量随胚胎发育进程呈不同程度的降低趋势,RPL27AmRNA表达量在囊胚期由降低转为升高,IK的转录物含量在囊胚期前呈波动变化,到囊胚期显著降低。本研究结果为进一步了解卵母细胞成熟对后续胚胎发育的影响以及合子基因组激活机制提供了实验依据。     

一氧化氮对小鼠卵母细胞自发成熟的影响及作用机制

为研究一氧化氮（NO）供体硝普钠（nitroprusside sodium，SNP）对小鼠卵母细胞体外自发成熟的作用，并进一步探讨NO影响卵母细胞体外自发成熟的可能机制，我们采用了体外细胞培养方法和放射免疫分析法（RIA）。细胞培养研究结果显示，NO供体SNP（1mM）能够延迟卵丘卵母细胞复合体(cumulus-oocyte complexes, COCs) 自发成熟过程中GVBD的发生，抑制PB1的释放。放射免疫分析（RIA）实验结果表明，1mM SNP能够显著的升高COCs内cGMP的水平，而可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）抑制剂ODQ（10μM）能够消除SNP对cGMP水平升高的促进作用。同时10μM ODQ还能够逆转SNP对卵母细胞自发成熟的抑制作用，而PKG抑制剂KT5823（1μM）却不能够逆转SNP对COCs自发成熟的抑制作用。以上结果说明NO是通过激活sGC，提高细胞内cGMP水平来发挥其作用的，但cGMP下游的PKG信号通路并不参与NO调控的COCs自发成熟过程。     

杂种和纯种猪之间脂肪组织差异表达基因的分离、克隆和序列分析

实验选取中国地方品种梅山猪和外国品种大白猪进行正反向杂交产生杂种梅大和大梅猪，用mRNA差异显示技术，分析了亲本和杂种猪背部皮下脂肪组织间基因差异表达。结果发现，在10条5＇端随机引物和10条3＇端锚定引物共100对引物组合的差异显示扩增下，共获得l500多条可重复的扩增条带，选取其中能够重复出现的40条差异表达带（在4组样本中不能同时出现的条带）进行重扩增、克隆并测序。通过GenBank／BLAST比对发现，其中有4条EST分别与GenBank序列同源性较高，其余36条属于新的EST，将这36条EST提交GenBank获得注册号，并选取其中的3条进行半定量RT-PCR验证并检测其相对表达，其中2条表现不同程度的差异，l条没有明显差异。为提高DDRT-PCR真阳性，实验中的4种组合各屠宰6头以建立RNA池，采取低高严谨结合的退火温度进行差异显示扩增以及只回收在2次PCR扩增均能重复出现的条带。结果表明，所获得的36条新的EST在亲子代之间的差异表达方式不尽相同，这些差异表达的基因可能与脂肪组织杂种优势的形成有关。     

6天龄与10天龄大鼠的睾丸组织的基因差异表达

通过基因芯片技术,利用Roche-NimbleGen公司制作的大鼠12×135K全基因组表达谱芯片,对日龄为6d和10d的大鼠睾丸组织进行全基因组表达差异分析。结果显示：具有2倍以上的差异表达基因有4298个,其中表达上调的基因共1878个,表达下调的基因共2420个。这些差异表达的基因中有3154个基因具有基因本体注释,参与了154个生物学通路。进一步分析表明具有8倍以上差异表达的基因有13个,这些基因参与了生物学过程、细胞组分和分子功能等基因本体分类,进一步选择3个差异表达的基因,LOC686076、Cxcl6和Trib3,做了实时定量RT-PCR检测。其结果趋势与芯片数据一致。因此,我们初步认为精原干细胞的发生与增殖在大鼠早期的发育过程中已经有大量的基因参与,是一个多基因协调表达的过程。