FecB 基因在绵羊繁殖性能上的研究进展

绵羊的繁殖性能是一种十分重要的经济性状,绵羊产羔数与每次的排卵数直接相关,绵羊卵子的生长发育受到卵巢内分泌及旁分泌的相互作用。FecB基因是羊上首个被发现的多胎主效基因,携带该基因的绵羊卵巢中BMP信号通路受到损害而活性降低,TGF-β家族部分成员失活,抑制GCs增殖并提高FSH的敏感性,有效提高绵羊的排卵率和产羔率,有利于扩大养殖规模,提高经济效益。本文对FecB基因的发现、作用机制及其对卵泡发育、繁殖能力和后代生长发育的影响,以及育种方面的应用进行综述,以期为绵羊繁殖性能提升的机理研究和育种工作等提供参考和借鉴。

miR-449b对绵羊早期胚胎发育的影响

【目的】研究miR-449b对绵羊早期胚胎发育的影响。【方法】采用Percoll密度梯度离心法获得纯化绵羊精子,将绵羊卵丘-卵母细胞复合体(COCs)在培养箱中培养16~18 h获得成熟卵母细胞,从1月龄纯种萨福克绵羊耳组织分离成纤维细胞,通过实时荧光定量PCR比较绵羊精子、成熟卵母细胞与成纤维细胞中miR-449b的相对表达量;给成熟卵母细胞分别显微注射0.9%生理盐水(Con组)、miR-449b模拟物对照(NC mimic)与miR-449b模拟物(miR-449b mimic),注射后进行孤雌激活,分别于激活的第2、7天统计胚胎卵裂率与囊胚率;将成熟卵母细胞进行体外受精(IVF),收集IVF、Con、NC mimic与miR-449b mimic组2-细胞胚胎,采用免疫荧光法比较组蛋白H3K9me3的变化。【结果】miR-449b在精子中的表达显著高于成熟卵母细胞和成纤维细胞(P<0.05);与Con组相比,miR-449b mimic和NC mimic组胚胎的卵裂率均显著降低(P<0.05),NC mimic组胚胎卵裂率显著低于miR-449b mimic组(P<0,05);miR-449b mimic组胚胎囊胚率提高,但差异不显著(P>0.05);IVF、Con、NC mimic与miR-449b mimic组2-细胞胚胎均表达组蛋白H3K9me3,且都在细胞核表达。与Con组相比,NC mimic组2-细胞胚胎组蛋白H3K9me3的表达水平显著增加(P<0.05),miR-449b mimic组显著降低(P<0.05);NC mimic组2-细胞胚胎组蛋白H3K9me3的表达水平显著高于miR-449b mimic组(P<0.05),miR-449b mimic与IVF组无显著差异(P>0.05)。【结论】miR-449b能显著提高绵羊早期胚胎的发育率,且降低早期胚胎中H3K9me3的表达水平。

绵羊精子RNA提取方案的优化

为了减少绵羊精液中其他体细胞污染和裂解不充分等因素而导致精子RNA回收率低、质量差的问题,试验以新鲜的美利奴羊精液为研究对象,采用Percoll+hSOF和Percoll+PBS密度梯度离心法和PBS直接洗涤法纯化绵羊精液,然后再采用TRIzol(65℃)法和TRIzol(65℃)+试剂盒法提取绵羊精子RNA,检测RNA的浓度、纯度和完整性,将RNA反转录为cDNA,PCR扩增PRM1基因(编码鱼精蛋白1)和CDH1基因(编码上皮细胞钙黏蛋白),验证所提取的RNA是否受体细胞RNA和基因组污染。结果表明:用Percoll密度梯度法纯化绵羊精液较PBS直接洗涤法能更好地去除精液中的体细胞,但精子回收率低。Percoll+PBS密度梯度离心法纯化后精子提取的RNA较PBS直接洗涤法纯度较高,但浓度较低;TRIzol(65℃)法提取的精子RNA较TRIzol(65℃)+试剂盒法浓度较高,但纯度较低。两种精液纯化方法(Percoll+PBS密度梯度离心法和PBS直接洗涤法)结合两种精子RNA提取方法[TRIzol(65℃)法和TRIzol(65℃)+试剂盒法]获得的精子RNA均能检测到PRM1基因,未检测出CDH1基因。说明Percoll密度梯度离心法纯化精子结合TRIzol(65℃)+试剂盒法提取精子RNA效果较好,无体细胞污染,且纯度较高。

利用单碱基编辑系统定点编辑哈萨克羊MSTN基因的研究

肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)可负调控骨骼肌的发育。本研究利用胞嘧啶碱基编辑器(cytidine base editor,CBE)在哈萨克羊MSTN基因编码区提前引入终止密码子,以期达到敲除MSTN基因的目的。共设计2条靶向哈萨克羊MSTN基因不同外显子的sgRNAs,分别连接至pGL3-U6-sgRNA-PGK-puromycin质粒,并与pCMV-AncBE4 max-P2A-GFP质粒共转染哈萨克羊胎儿成纤维细胞,经CruiserTM酶酶切检测、Sanger测序和TA克隆分析。结果显示,成功筛选出可以在哈萨克羊MSTN基因外显子提前引入终止密码子的2条sgRNAs,其中STOPsg-1靶位点编辑效率为26.7%,STOPsg-2靶位点的编辑效率为6.7%。本研究成功运用CBE(AncBE4 max)技术在哈萨克羊胎儿成纤维细胞MSTN基因编码区实现定点编辑,为培育精确编辑MSTN基因的哈萨克羊奠定基础。

利用CRISPR/Cas9n系统编辑绵羊成纤维细胞生长因子5(FGF5)基因

成纤维细胞生长因子5(FGF5)是影响毛囊周期性活动及毛发生长的重要生长因子。本研究利用CRISPR/Cas9n系统靶向编辑绵羊成纤维细胞中FGF5基因。首先利用Gibson Assembly法将U6启动子引导表达单导向RNA(sgRNA)的原件构建至pX461质粒中,获得pX461-U6质粒;再将设计并合成好的1对靶向FGF5基因第3外显子的sgRNA及其互补链,经退火连接形成sgRNA-sg1和sgRNA-sg2双链后,分别克隆至带有BbsⅠ和BsaⅠ黏性末端的pX461-U6质粒。构建好的重组质粒pX461-U6-sg1+sg2经测序鉴定后,以电转染的方式转入绵羊成纤维细胞,72 h后收集细胞进行检测分析。经T7E1酶切检测分析表明,成功获得1对具有靶向效果的sgRNA,PCR扩增的FGF5基因片段经TA克隆后进行测序鉴定,结果sgRNA-sg1+sg2在靶位点的打靶效率为100%;缺失的核苷酸数从10到64个不等;基于预测的3D模型和RT-PCR结果显示,FGF5基因的突变将会影响FGF5蛋白与其受体的结合,导致FGF5蛋白失去其生物学功能。本研究构建了可以在同一载体中同时表达2条sgRNA和Cas9n以及绿色荧光蛋白(GFP)的质粒,瞬时转染至绵羊成纤维细胞后,成功获得了高效靶向绵羊FGF5基因的sgRNA位点,为精确和高效的靶向基因工程提供了科学依据。

绵羊胚胎FGF5基因单碱基突变体系的建立

研究旨在利用单碱基编辑技术定点修饰绵羊(Ovis aries)成纤维细胞生长因子5(fibroblast growth factor 5,FGF5)基因第1外显子以引入终止密码子,获得定点编辑类型的绵羊胚胎,为培育具有长毛性状的绵羊提供试验材料。首先设计合成4个单导向RNA(single guide RNA,sgRNA)寡核苷酸链(sgRNA-T1~sgRNA-T4),构建4组不同的重组表达载体;将构建好的pGL3-U6-sgRNA-PGK-puromycin和pCMV-AncBE4max-P2A-GFP质粒以共转染的方法分别转入4组绵羊成纤维细胞,随后用CruiserTM酶对转染的细胞进行活性检测并在胚胎水平进行测序验证。结果显示,sgRNA-T1和sgRNA-T4组细胞的PCR产物可被CruiserTM酶酶切,且测序结果表明都具有靶向效果,编辑效率分别为68.75%和47.37%。利用显微注射技术将不同浓度的AncBE4max mRNA与有效sgRNA混合注射到绵羊孤雌激活胚胎中,并检测胚胎卵裂率、囊胚率和编辑效率,结果显示,胚胎水平的最佳注射浓度组合为AncBE4max(ng/μL)∶sgRNA(ng/μL)=100∶50,从该浓度组中随机挑选的单枚胚胎测序结果显示,引入终止密码子的编辑效率为80%。而sgRNA-T1在不同浓度组合的注射胚胎中均未检测到编辑。本研究针对FGF5基因的第1外显子,通过在成纤维细胞转染表达载体,成功筛选到高效靶向绵羊FGF5基因的2个sgRNA(T1、T4);通过显微注射绵羊孤雌激活胚胎,成功在胚胎上实现FGF5基因第1外显子打靶位点C→T的转变,为后期FGF5基因定点编辑羊的生产奠定基础。