DNA甲基化与去甲基化调控脂肪沉积的研究进展

脂肪沉积是一个复杂的生物学过程,受遗传和表观遗传的调控作用。DNA甲基化和去甲基化是表观遗传修饰的重要方式,可通过与转录因子的相互作用或改变染色质的结构调控基因的表达,进而参与机体生长发育和细胞分化等重要的生命过程。动物脂肪沉积是脂肪细胞增殖分化和肥大的结果,脂肪细胞分化是由多能干细胞经前体脂肪细胞向成熟脂肪细胞转化的过程。相关研究表明,转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxi-some proliferator activiated receptorγ,PPARγ)和CCAAT增强子结合蛋白家族(CCAAT enchancer binding proteinfamily,CEBPs)在脂肪沉积过程中起关键调控作用。近期研究发现,DNA甲基化可以通过调控脂肪形成过程中相关基因的表达而参与脂肪细胞的分化和脂肪组织的生长发育。去甲基化也可影响动物脂肪沉积过程,但其具体机制目前尚不清楚。作者主要介绍了DNA甲基化和去甲基化的定义、发生位点、生物学功能、参与DNA甲基化和去甲基化过程中的酶及其作用机制,概述了脂肪沉积过程及PPARγ、C/EBPα等转录因子在脂肪沉积过程中的调控作用,重点阐述了DNA甲基化和去甲基化对脂肪形成相关基因的表达和对脂肪细胞分化的影响,旨在为阐明脂肪沉积机制及改善动物肉质品质提供参考。     

DNA甲基化与去甲基化调控脂肪沉积的研究进展

脂肪沉积是一个复杂的生物学过程,受遗传和表观遗传的调控作用。DNA甲基化和去甲基化是表观遗传修饰的重要方式,可通过与转录因子的相互作用或改变染色质的结构调控基因的表达,进而参与机体生长发育和细胞分化等重要的生命过程。动物脂肪沉积是脂肪细胞增殖分化和肥大的结果,脂肪细胞分化是由多能干细胞经前体脂肪细胞向成熟脂肪细胞转化的过程。相关研究表明,转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxi-some proliferator activiated receptorγ,PPARγ)和CCAAT增强子结合蛋白家族(CCAAT enchancer binding proteinfamily,CEBPs)在脂肪沉积过程中起关键调控作用。近期研究发现,DNA甲基化可以通过调控脂肪形成过程中相关基因的表达而参与脂肪细胞的分化和脂肪组织的生长发育。去甲基化也可影响动物脂肪沉积过程,但其具体机制目前尚不清楚。作者主要介绍了DNA甲基化和去甲基化的定义、发生位点、生物学功能、参与DNA甲基化和去甲基化过程中的酶及其作用机制,概述了脂肪沉积过程及PPARγ、C/EBPα等转录因子在脂肪沉积过程中的调控作用,重点阐述了DNA甲基化和去甲基化对脂肪形成相关基因的表达和对脂肪细胞分化的影响,旨在为阐明脂肪沉积机制及改善动物肉质品质提供参考。     

金川多肋牦牛Hoxa6和Hoxa10基因甲基化与mRNA差异表达研究

本研究旨在通过检测金川多肋牦牛与普通牦牛中Hoxa6和Hoxa10基因的转录水平和启动子区甲基化状态,为揭示Hox基因在金川多肋牦牛多1对肋骨性状形成中的转录调控机制奠定基础。通过实时荧光定量PCR技术检测Hoxa6和Hoxa10基因在多肋牦牛和普通牦牛中的mRNA表达水平,同时采用重亚硫酸盐测序PCR(Bisulfite-sequencing PCR,BSP)法对Hoxa6和Hoxa10启动子区进行甲基化修饰与克隆测序,分析甲基化状态。结果显示,多肋牦牛中Hoxa6基因表达量显著高于普通牦牛(P0.05),而Hoxa10基因表达量显著低于普通牦牛(P0.05)。Hoxa6启动子区域的CpG2,在普通牦牛中的DNA甲基化显著高于多肋牦牛(P0.05),尤其是第3、4、8、20和21位CpG位点;Hoxa10启动子区域的CpG1在普通牦牛中的DNA甲基化状态显著低于多肋牦牛(P0.05),普通牦牛的第9和12位CpG位点几乎未甲基化。多肋牦牛中Hoxa10高甲基化在一定程度上抑制了Hoxa10基因的表达,Hoxa6低甲基化水平促进了Hoxa6基因的表达。启动子区域的甲基化在一定程度上影响Hox基因的转录调控,且与多肋性状的形成可能存在一定的联系。     

m6A甲基化在鸡肌肉生长发育中的表达研究

试验旨在研究RNA m6A修饰相关基因去甲基化酶Alk B同源蛋白5（Alk B homologue 5，ALKBH5）、去甲基化酶肥胖相关蛋白（fat mass and obesity-associated protein，FTO）、甲基转移酶样蛋白3（methyltransferase like 3，METTL3）、甲基转移酶样蛋白14（methyltransferase like 14，METTL14）和成肾细胞瘤1-结合蛋白（Wilms’tumor 1-associating protein，WTAP）在鸡骨骼肌发育过程中的表达，分析其与骨骼肌m6A甲基化水平的相关性。首先，利用实时荧光定量PCR技术检测m6A甲基化相关基因在金茅花鸡12（E12）、14（E14）、16（E16）、18（E18）胚龄和1日龄腿肌和胸肌组织中mRNA表达水平，以及其在鸡成肌细胞50%、100%增殖期和1、2、3、4、5 d分化期的mRNA表达水平；随后，利用m6A甲基化试剂盒检测金茅花鸡E12和1日龄腿肌和胸肌组织中m6A甲基化修饰水平，与m6A甲基化相关基因表达水平进行相关性分析。结果显示，m6A去甲基化基因ALKBH5和FTO mRNA表达水平在骨骼肌发育过程中显著上调（P<0.05），即在E12、E14低表达，E16、E18逐渐上调，1日龄达到最高。m6A甲基化写入基因METTL14、METTL3和WTAP mRNA表达水平在E12、E14、E16逐渐上升，E18下降，随后至1日龄表达量回升。在细胞增殖过程中，ALKBH5、FTO、METTL14、METTL3和WTAP基因表达均上调；在细胞分化过程中ALKBH5和FTO基因表达水平显著上调（P<0.05），在分化第5天达到最高。METTL14、METTL3和WTAP基因mRNA表达水平在细胞诱导分化的1、2、3、4 d表达量呈下降趋势，而在诱导分化的第5天有所回升。甲基化水平检测结果显示，腿肌和胸肌m6A甲基化水平变化趋势一致，均在胚胎发育过程中显著下降（P<0.05），至1日龄达到最低。相关性分析结果显示，鸡骨骼肌RNA m6A甲基化水平与m6A去甲基化修饰基因ALKBH5、FTO mRNA表达水平呈显著负相关（P<0.05）。综合以上试验结果，推测m6A甲基化修饰与鸡骨骼肌发育相关，而去甲基化基因ALKBH5、FTO可能通过调控RNA m6A甲基化水平，影响鸡骨骼肌发育。本研究结果为进一步研究m6A甲基化修饰调控鸡骨骼肌生长发育的功能和分子机制提供理论依据。     

牛4种组织中ZAR1基因表达及DNA甲基化修饰

ZAR1(Zygote Arrest 1)是母性效应基因,该基因在胚胎发育中起重要作用。本研究对成年牛组织中ZAR1基因表达情况及DNA甲基化状况进行了检测。利用RT-PCR检测成年牛心脏、肾脏、肝脏及睾丸中ZAR1基因mRNA的表达,结果ZAR1在睾丸中表达量较高,肾脏、心脏中较低,而在肝脏中不表达。选定该基因5′调控区中的11个CpG位点,利用亚硫酸盐测序PCR(bisulfite-sequencingPCR,BSP)检测其DNA甲基化状态,结果心脏中的甲基化程度明显高于其他3种组织。结果表明,DNA甲基化与牛ZAR1基因的组织特异性表达相关。     

SMAD6对猪未成熟支持细胞增殖和凋亡的影响

睾丸未成熟支持细胞的增殖活性对种公畜繁殖性能有重要影响，睾丸基因组DNA甲基化(5mC)不同发育阶段特异性引起的基因差异表达可以调控支持细胞的增殖活性。在课题组前期研究中，SMAD6被鉴定出是睾丸发育过程中受3′UTR甲基化水平调控的枢纽基因之一，但其生物学功能尚未被发掘。本研究旨在探究SMAD6对猪未成熟支持细胞增殖和凋亡的作用。在体外培养的猪未成熟支持细胞中过表达SMAD6或干扰SMAD6表达后，检测细胞周期和增殖相关基因的相对表达量、细胞增殖情况、细胞ATP水平、细胞凋亡率及凋亡相关蛋白的表达情况。结果显示：过表达SMAD6后细胞周期及增殖相关基因的相对表达量上升(P<0.05或P<0.01)、细胞增殖增加(P<0.05或P<0.01)、细胞ATP水平升高(P<0.01)、细胞的凋亡率下降(P<0.05)、促凋亡相关蛋白BAX和Caspase3的表达降低(P<0.05);干扰SMAD6表达结果则与之相反。研究结果提示，SMAD6促进猪未成熟支持细胞的增殖且抑制其凋亡。     

DNA甲基化在动物遗传育种中的研究进展

DNA甲基化作为表观遗传学修饰方法之一,对基因的表达发挥重要的调控作用。随着众多DNA甲基化检测技术(如高通量检测技术)的迅速发展对DNA甲基化的生物信息学研究已经变成了一个非常活跃的热点。在动物遗传育种方面,由于DNA甲基化程度的改变,可能影响众多性状相关基因的表达量,因此改变动物的各种性状。所以目前已有相关研究开始探索DNA甲基化在动物遗传育种上的具体作用。     

藏猪睾丸DNA甲基化与HIF2α基因mRNA表达水平的相关性

对藏猪睾丸组织基因组DNA甲基化水平与Dnmt3a、HIF2α基因mRNA表达水平的相关性进行研究。以大约克猪为对照,采用荧光法测定藏猪睾丸组织基因组DNA甲基化水平,采用实时荧光定量PCR技术测定DNA甲基化转移酶3a(Dnmt3a)与低氧诱导因子2α(HIF2α)的基因在藏猪睾丸组织中mRNA表达水平。结果显示:藏猪睾丸基因组DNA甲基化水平(0.392 9±0.099 2)%显著低于大约克猪睾丸基因组DNA甲基化水平(0.901 7±0.146 7)%(P<0.05);藏猪睾丸组织中Dnmt3a基因mRNA相对表达量(0.071 6±0.036 6)%显著低于大约克猪睾丸组织中Dnmt3a基因mRNA相对表达量(0.987 8±0.137 0)%(P<0.05);藏猪HIF2α基因mRNA相对表达量(0.158 8±0.066 1)%也显著低于大约克猪HIF2α基因mRNA相对表达量(1.2930±0.0756)%(P<0.05)。通过对藏猪睾丸基因组DNA甲基化水平与该组织中Dnmt3a和HIF2α基因mRNA表达量进行相关性分析,发现存在线性正相关,R2值分别达到0.846 3和0.917 4,这将为藏猪睾丸低氧适应性的DNA甲基化机制及藏猪的分子育种等相关研究奠定基础。     

DNA甲基化及其作用意义

DNA甲基化修饰是表观遗传学领域的一个重要组成部分,它有助于基因的表达调控,对哺乳动物胚胎的发育调节起着重要的作用。主要概述了DNA甲基化的机制、生物学功能及生物学意义等,并提出今后对DNA甲基化进行深入的研究是必然趋势,它将有可能成为医学中治疗某些疾病的常规技术指标。     

DNA甲基化与去甲基化调控肌肉发育研究进展

肌肉发育是一个复杂的生物学过程,其调控机制尚不完善。但近年来表观遗传修饰对肌肉发育的调控作用逐渐成为热点领域,研究发现DNA甲基化与去甲基化修饰对肌肉发生与发育起到重要的调控作用。肌肉干细胞特异位点通过DNA甲基化修饰,影响肌肉发育过程关键基因的表达,进而调控早期发育的生肌过程。本文主要围绕肌肉发育过程中DNA甲基化及去甲基化修饰的变化、重要的甲基转移酶和去甲基化酶以及营养物质通过DNA甲基化修饰影响肌肉发生的作用进行论述。     

哺乳动物DNA甲基化研究进展

在真核生物基因组中DNA甲基化是一种重要的修饰方式,也是一种重要的表观遗传学机制。通常甲基化发生在胞嘧啶第5个碳原子上,由DNA甲基化转移酶(DNMTs)家族催化形成的。DNA甲基化是一种可逆的过程,并且直接影响到基因的活性。DNA甲基化对于哺乳动物的正常发育起着非常重要的作用,并在很大程度上影响着哺乳动物重要的生物学进程,主要包括转录成分的沉默、基因失活、染色体的完整性和大部分基因的转录调控作用。     

文昌鸡与北京油鸡肌肉组织DNA甲基化的MSAP分析

为了获得鸡不同肌肉组织基因组DNA甲基化水平、模式等表观遗传信息,试验以文昌鸡、北京油鸡及其杂交F1代基因组为试验材料,采用甲基敏感扩增多态性(methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术检测了鸡胸肌和腿肌2个组织基因组在CCGG位点的甲基化状态,分析了不同组织的DNA甲基化水平及特异性甲基化模式。结果表明:文昌鸡、北京油鸡及其正交F1代和反交F1代鸡的DNA甲基化程度均较高,其中胸肌基因组DNA的总甲基化水平分别是(53.56±2.40)%、(52.82±0.85)%、(53.67±2.24)%、(54.82±2.42)%,腿肌基因组DNA的总甲基化水平分别是(52.85±2.37)%、(53.48±0.96)%、(51.87±2.85)%、(53.15±0.96)%;胸肌和腿肌组织中全甲基化条带数均高于半甲基化条带数,非甲基化条带数均高于全甲基化、半甲基化条带数;在4个不同鸡群间,基因组甲基化程度差异不显著(P0.05);对部分甲基化位点进行回收,鉴定出6个存在甲基化修饰的基因(ADAMTS5基因、ATP2A2基因、C8H1ORF27基因、C-SNO基因、FAM91A1基因、FBXO33基因)。说明鸡肌肉组织甲基化多态性丰富,且不同遗传背景会造成部分基因甲基化的差异。     

DNA甲基化对早期胚胎发育的影响

综合分析了DNA甲基化的表观遗传特征,结合DNA甲基化在不同物种、不同发育阶段胚胎中的调控模式,以期从早期胚胎死亡角度揭示DNA甲基化作用对胚胎早期发育基因的表达调控作用,进而阐明胚胎发育过程中的表观遗传调控机制。     

苏太断奶仔猪TAP1基因启动子区甲基化修饰与F18大肠杆菌抗性的关系

本试验运用亚硫酸氢盐(BSP)+Miseq测序法分析苏太断奶仔猪F18大肠杆菌抗性型和敏感型个体十二指肠和空肠组织TAP1基因启动子区的甲基化水平,并运用real-time PCR(RT-PCR)方法检测TAP1的m RNA表达量,进而分析TAP1基因启动子区甲基化修饰对m RNA表达的影响,探讨TAP1基因启动子区甲基化修饰对F18大肠杆菌抗性的调控作用。结果表明:TAP1基因启动子区2个Cp G岛及其中间区域内存在28个Cp G位点,且都存在不同程度的甲基化;其中在Cp G-6位点,抗性型个体空肠组织中的甲基化水平显著低于敏感型个体的甲基化水平(P0.05);在Cp G-7和Cp G-8位点,抗性型个体十二指肠组织中的甲基化水平显著高于敏感型个体的甲基化水平(P0.05);Cp G-7和Cp G-8位点甲基化水平与TAP1基因m RNA表达量呈负相关。本实验结果显示,Cp G-6、Cp G-7和Cp G-8是调控基因转录水平的关键性位点,断奶仔猪可能通过对TAP1基因启动子区Cp G岛这些关键位点的去甲基化来提高十二指肠和空肠组织中m RNA的表达水平,进而发挥对E.coli F18抗性的调控作用。     

高、低脂鸡腹部脂肪组织DNA甲基化的差异分析

实验选取东北农业大学高、低脂双向选择系(NEAUHLF)第18世代的4周至7周龄肉鸡为实验材料,采用Real-Time RT-PCR方法检测鸡腹部脂肪组织中DNA甲基转移酶(DNMT1、DNMT3A和DNMT3B)的表达量;采用基因组甲基化检测试剂盒检测分析鸡腹部脂肪组织基因组DNA甲基化的差异。结果表明:低脂鸡腹部脂肪组织中的DNMT1和DNMT3A表达量均显著高于高脂鸡(P0.05);除5周龄鸡之外,低脂鸡脂肪组织中DNMT3B的表达量也显著高于高脂鸡(P0.05)。基因组DNA甲基化分析发现,低脂鸡腹部脂肪组织基因组DNA甲基化的总体水平高于高脂鸡(P0.05)。结果提示,DNA甲基化调控鸡脂肪组织生长发育,DNA甲基化差异可能是高、低脂鸡腹脂性状差异的原因之一。     

DNA甲基化与奶牛乳腺泌乳调控的研究进展

DNA甲基化是最早发现的表观修饰方式之一,介导基因的表达沉默,在维持细胞功能、遗传印记、个体生长发育中起着重要作用。近年来,DNA甲基化参与调控乳腺生长发育及泌乳相关基因的表达,随着这方面研究的深入,DNA甲基化在奶牛生产、遗传育种方面将会有越来越多的应用。作者主要从DNA甲基化、乳腺泌乳相关基因DNA甲基化及DNA甲基化在奶牛生产中的应用进行综述。     

四纹豆象DNA甲基化相关基因的鉴定及表达量分析

为了揭示四纹豆象(Callosobruchus maculatus)DNA甲基化相关基因表达量对种群密度的响应,试验分析了四纹豆象转录组数据,对甲基化相关基因进行了鉴定,并分析了种群密度与相关基因表达量之间的关系。结果表明:从四纹豆象转录组数据中鉴定到DNA甲基转移酶1(DNMT1)、甲基转移酶4(METTL4)、去甲基化酶(TET)、甲基化的CpG岛结合域蛋白2(MBD2)各1个,其中MBD2的保守性最高,其次是DNMT1,而METTL4与TET保守性最低;MBD2表达量最高,其次是DNMT1和METTL4, TET表达量最低;种群密度对DNMT1、METTL4和TET的表达量无显著调控作用(P0.05),而MBD2在高种群密度个体中极显著上调(P0.01)。说明MBD2可能参与调控四纹豆象行为和繁殖策略的可塑性。     

TLR5基因启动子区甲基化修饰与苏太断奶仔猪E. coli F18抗性的关系

旨在分析探讨TLR5基因启动子区甲基化修饰对断奶仔猪F18大肠杆菌抗性的调控作用。本研究首先利用qPCR和Western blot检测分析了TLR5基因在F18大肠杆菌抗性型和敏感型苏太断奶仔猪小肠组织(十二指肠和空肠)中的差异表达,然后利用生物信息学分析和双荧光素酶报告系统检测确定TLR5基因核心启动子区、CpG岛及其作用元件,进而检测并分析TLR5基因启动子区甲基化修饰与TLR5基因在F18大肠杆菌抗型和敏感型断奶仔猪小肠组织中表达水平的相关性。结果表明,TLR5基因在敏感型断奶仔猪十二指肠和空肠组织中的mRNA表达水平分别显著(P0.05)和极显著(P0.01)高于在抗性型个体中的表达,且十二指肠和空肠组织中敏感组蛋白表达水平均显著高于抗性组(P0.05)。TLR5基因启动子区包含2个CpG岛和16个作用元件,启动子区第2个CpG岛第6个CG位点甲基化水平对TLR5基因的表达具有一定的调控作用,该位点位于转录因子Sp1结合的核心启动子区域。本研究结果表明,猪TLR5基因的表达水平和F18大肠杆菌的抗性有关,其低表达可能有利于F18大肠杆菌抗性;TLR5基因启动子区第2个CpG岛第6个CG位点甲基化能够显著抑制TLR5基因的表达,并最终影响断奶仔猪对大肠杆菌的抗性。     

家蚕核型多角体病毒编码miR-364对DNA聚合酶基因表达的调控作用研究

MicroRNA(miRNA)在调控病毒与宿主相互作用方面起着重要作用。为了研究家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)编码的miRNA对其自身靶基因的调控作用,通过高通量测序得到Bm NPV编码的一条miRNA——Bm NPV-miR-364,利用在线靶基因预测程序RNAhybrid与RNA22预测Bm NPV基因组中有6个基因可能是Bm NPV-miR-364的靶基因。分别构建Bm NPVmiR-364与6个侯选靶基因3'-UTR的表达载体,共转染Bm N细胞后检测其双荧光素酶活性,结果表明Bm NPV-miR-364对Bm NPV DNA聚合酶(DNA polymerase)基因的抑制作用显著(P0.05),对其余5个靶基因的抑制作用不显著。进一步采用Bm NPV-miR-364 mimic与Bm NPV-miR-364 inhibitor分别进行过表达和缺失表达分析,显示Bm NPV-miR-364 mimic能显著抑制DNA polymerase基因的表达,而Bm NPV-miR-364 inhibitor能显著解除Bm NPV-miR-364对DNA polymerase基因的抑制作用。将Bm NPV-miR-364与DNA polymerase基因的表达载体共转染Bm N细胞,qRT-PCR分析发现实验组细胞中病毒DNA polymerase基因的表达水平显著低于对照组。qRT-PCR检测家蚕经口接种Bm NPV后24 h内,血淋巴中Bm NPV-miR-364和病毒DNA polymerase基因的表达量很低,但在24 h之后表达量急剧上升。研究结果提示:Bm NPV编码的miR-364可以靶向抑制自身复制过程中的重要酶基因,调节DNA的复制。     

2株毒力不同M.bovis差异表达蛋白的定量检测及分析

为研究牛分枝杆菌N和C68004菌株间蛋白水平的差异表达对其致病性的影响,本试验采用串联质谱标记(TMT)定量蛋白组学技术,对2个菌株的毒力及其致病性进行鉴定与分析。结果分析得到2 174个共有蛋白,其中有479个差异表达蛋白(P<0.05)。GO分析结果显示,表达差异显著蛋白的功能包括催化、结合、运输、转录调控以及分子结构相关作用,特别是对内部或外部刺激产生的反应。KEGG分析结果显示,表达差异显著蛋白主要参与代谢和生物过程的调节。导致N菌致病性增强的毒力基因可能是mmaA4、ecce1、IpqY、hspX、Mpb63和mmpl4。并且N菌的耐药基因rpoA、rpoB和rpoC表达量显著高于C68004,可以推断N菌对抗结核一线药物利福平的耐药性可能比C68004更强。随着临床用药频繁和免疫应答的改变,N菌在适应环境过程中,与代谢、DNA复制以及耐药相关的蛋白表达出现了差异。