水牛胚胎工程技术进展及应用

家畜胚胎工程技术通过对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理进而挖掘动物的繁殖潜力、提升家畜种质资源质量,包括胚胎移植、基因编辑、体细胞核移植(克隆)等手段。该文对水牛胚胎工程技术进展及应用做了简要论述,主要介绍了水牛胚胎的发育过程、胚胎培养及移植、基因编辑、克隆等技术及应用前景,阐述了水牛胚胎工程技术在各生物领域中的应用,并对水牛胚胎工程技术存在的问题及发展前景进行了讨论。

水牛SFRP 1基因序列分析、真核表达载体构建及组织表达分析

【目的】获取水牛分泌型卷曲相关蛋白1(SFRP1)基因CDS区序列,并预测其编码蛋白的结构功能,构建SFRP 1基因真核表达载体,检测SFRP 1基因在水牛不同组织中的表达情况,为探索SFRP 1基因在水牛生长发育中的作用奠定基础。【方法】以水牛卵巢组织cDNA为模板,通过RT-PCR对SFRP 1基因CDS区序列进行扩增并测序,利用生物信息学在线分析软件对水牛SFRP 1基因与不同物种进行比对和系统进化树构建,并预测SFRP1蛋白理化性质、信号肽、跨膜结构等。将获得的目的基因连接至pCMV-HAhyPBase-mcheery载体并转染至水牛颗粒细胞,检测转染后荧光和基因表达情况。通过实时荧光定量PCR检测水牛不同组织中SFRP 1基因表达情况。【结果】水牛SFRP 1基因CDS区长927 bp,共编码308个氨基酸。多重序列比对结果显示,水牛SFRP 1基因氨基酸序列与黄牛、牦牛、山羊、虎鲸、黑猩猩、北极狐、猫、人、小鼠的相似性分别为100%、100%、99.65%、98.58%、98.23%、98.23%、98.58%、98.23%、96.45%,存在CRD_FZ、NTR_like和DUF3367结构域。水牛SFRP 1基因核苷酸序列与黄牛、绵羊、山羊、牦牛、野牛、马鹿、野骆驼、猪、人的相似性分别为97.3%、95.9%、95.8%、94.5%、94.2%、93.7%、80.4%、78.5%和77.3%。系统进化树结果显示,水牛与黄牛、牦牛、野牛聚为一支。生物信息学分析结果显示,SFRP1蛋白呈碱性,为不稳定蛋白;第1—15位氨基酸处存在信号肽,为分泌型蛋白,存在跨膜结构,主要定位于细胞外;存在21个磷酸化位点和8个O-糖基化修饰位点。二级结构主要由α-螺旋、延伸链和无规则卷曲构成;水牛、黄牛、人的SFRP1蛋白三级结构高度相似。成功构建pCMV-mcheery-SFRP1真核表达载体并转染水牛颗粒细胞,转染72 h后pCMV-mcheery-SFRP1重组质粒组细胞内SFRP 1基因表达量极显著高于对照组(P<0.01)。实时荧光定量PCR结果显示,SFRP 1基因在水牛不同组织中均有表达,且在脾脏中表达量最高,极显著高于其他组织(P<0.01)。【结论】SFRP 1基因在不同物种以及遗传进化过程中具有高保守性,在水牛不同组织中广泛表达。研究结果为今后探究SFRP 1基因在水牛生长发育中的功能及分子机制奠定基础。

抑制BMP/Smad信号通路对水牛卵巢颗粒细胞生长和类固醇激素合成的影响

【目的】探究BMP/Smad信号通路对水牛卵巢颗粒细胞生长和类固醇激素合成的影响。【方法】利用脂质体转染的方法将合成的Smad 4基因的3对siRNAs(Smad4-siRNA1、Smad4-siRNA2和Smad4-siRNA3)和NC-siRNA(对照组)分别转染水牛颗粒细胞,通过实时荧光定量PCR检测Smad 4基因的表达水平,比较不同siRNA的干扰效率。然后利用筛选的干扰效率最高的siRNA,转染水牛卵巢颗粒细胞,通过CCK-8法检测对照组和干扰组细胞的增殖情况,实时荧光定量PCR检测上述两组细胞凋亡相关基因Bax和Bcl2,细胞周期相关调控基因CyclinD2和CDK4,以及类固醇激素合成相关基因Cyp19A1和Cyp11A1的表达水平,并通过ELISA检测雌二醇(E 2)和孕酮(P 4)的含量。【结果】基因干扰试验结果表明,3对siRNAs对Smad4基因的表达均具有极显著的干扰作用(P<0.01),其中Smad4-siRNA1的干扰效率最高,达到了64%。CCK-8检测结果显示,与对照组相比,干扰组细胞的增殖效率显著降低(P<0.05)。实时荧光定量PCR结果显示,与对照组相比,干扰组Bcl2、CyclinD2、CDK4和Cyp19A1基因的表达量均显著或极显著下调(P<0.05;P<0.01),而Cyp11A1基因的表达极显著上调(P<0.01),Bax基因的表达未受影响。ELISA检测结果表明,与对照组相比,干扰组雌二醇分泌量减少10.2%,孕酮的分泌量增加24.7%,差异均显著(P<0.05)。【结论】通过RNAi介导的Smad 4基因沉默对内源性BMP/Smad信号通路的中断不仅能够显著抑制水牛颗粒细胞的生长,而且能够诱导水牛颗粒细胞的凋亡,还会改变类固醇激素生成。BMP/Smad信号通路在调控水牛颗粒细胞生长和类固醇生成过程中具有重要的作用。

α-亚麻酸对水牛卵巢颗粒细胞体外培养的影响

【目的】研究α-亚麻酸(ALA)对水牛卵巢颗粒细胞体外培养过程中细胞活力、细胞凋亡、细胞周期相关基因表达及激素分泌功能的影响。【方法】为了筛选体外培养水牛卵巢颗粒细胞ALA最适浓度,在96孔板中加入起始细胞数量为1×104/mL的水牛卵巢颗粒细胞,细胞贴壁12 h后更换含0(对照组)、10、50、100、200μmol/L ALA的培养液,在相同条件下处理24 h,用CCK-8进行细胞活力检测,筛选出最适处理浓度,并用于后续试验。后续试验分为对照组(0μmol/L)和处理组(50μmol/L)两组,用实时荧光定量PCR检测颗粒细胞中B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)、半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白1(p21)和增殖细胞核抗原(PCNA)基因的相对表达量,用免疫荧光对颗粒细胞中细胞凋亡相关蛋白Caspase-3和细胞周期相关蛋白p21进行荧光检测和定量分析,用ELISA法检测培养液中水牛颗粒细胞分泌的雌二醇(E 2)和孕酮(P 4)含量。【结果】与对照组相比,水牛卵巢颗粒细胞经ALA处理24 h后,在10~50μmol/L范围内随着ALA浓度升高水牛卵巢颗粒细胞的细胞活力随之升高,处理浓度为50μmol/L时细胞活力相比对照组极显著提高(P<0.01),随着浓度继续增加,水牛卵巢颗粒细胞活力下降,200μmol/L时细胞活力极显著低于对照组(P<0.01),因此后续试验选用ALA的浓度为50μmol/L。与对照组相比,50μmol/L ALA处理后颗粒细胞中抗凋亡基因Bcl-2和增殖细胞核抗原基因PCNA相对表达量均无显著差异(P>0.05),但促凋亡基因Caspase-3和细胞周期基因p 21在mRNA和蛋白水平上的表达量均极显著降低(P<0.01),E 2和P 4水平显著或极显著增高(P<0.05;P<0.01)。【结论】培养液中添加50μmol/L ALA能够提升水牛卵巢颗粒细胞增殖活力、抗凋亡能力及激素分泌能力,本研究为调控水牛卵泡发育提供理论参考。

日粮粗饲料类型对水牛消化代谢和泌乳性能的影响

为研究日粮粗饲料类型对水牛消化代谢和泌乳性能的影响,试验选用20头泌乳天数及泌乳量接近、胎次和体况相近的泌乳中期尼里拉菲水牛,随机分为2组,每组10头,分别饲喂玉米苞叶和甘蔗梢青贮为粗饲料的日粮。试验期共42 d,其中预试期14 d,正式试验期28 d。结果表明:(1)与玉米苞叶组相比,甘蔗梢青贮组泌乳水牛的干物质、有机物和酸性洗涤纤维表观消化率分别显著提高3.07%、7.16%和12.45%(P<0.05);玉米苞叶组与甘蔗梢青贮组泌乳水牛的粗脂肪、粗蛋白质、中性洗涤纤维和能量表观消化率均无显著差异(P>0.05)。(2)与玉米苞叶组相比,甘蔗梢青贮组泌乳水牛的产奶量、干物质采食量、4%乳脂校正乳产量、饲料转化效率、乳蛋白率、乳糖率和牛奶尿素氮分别提高了7.98%、4.09%、5.99%、1.87%、1.04%、0.77%和0.80%,乳脂率降低2.49%,但均无显著差异(P>0.05)。由此可见,甘蔗梢青贮作为粗饲料来源可显著提高泌乳水牛的干物质、有机物和酸性洗涤纤维消化代谢,玉米苞叶或甘蔗梢青贮作为粗饲料来源对水牛泌乳性能无显著影响。

摩拉水牛PRKAA2基因多态性与生长性状的关联分析

试验旨在探讨PRKAA 2基因在摩拉水牛群体中的遗传多态性及其与生长性状的关联性,进而得到显著相关的遗传标记,为摩拉水牛的分子标记辅助选择提供理论依据。利用DNA测序法等技术进行候选基因PRKAA 2外显子4及部分内含子3单核苷酸多态性(SNPs)检测,并采用生物信息学方法结合统计软件分析PRKAA 2基因与摩拉水牛生长性状的关联性。结果显示,摩拉水牛PRKAA 2基因中共检测到4个SNPs位点:c.462 G>A、IVS3.557 T>C、IVS3.560 C>T和IVS3.565 G>A,均包含3种基因型,且符合Hardy-Weinberg平衡。4个SNPs位点在水牛群体中均为中度多态,可以构建3种单倍型,T-C-G-G为优势单倍型,其中IVS3.560 C>T与c.462 G>A位点之间存在完全连锁不平衡,关联分析结果显示,单倍型H2与摩拉水牛体斜长和腰角宽呈显著相关(P<0.05)。c.462 G>A位点与摩拉水牛体高、十字部高、尻长、坐骨端宽和腰角宽呈显著相关,其中GG和AA基因型个体的体高和十字部高均显著高于GA基因型个体,GG基因型个体的尻长显著高于GA和AA基因型个体,AA基因型个体的坐骨端宽和腰角宽显著高于GA基因型个体(P<0.05);IVS3.557 T>C位点与摩拉水牛的生长性状指标未达到显著相关(P>0.05);IVS3.560 C>T位点与摩拉水牛体高、十字部高和尻长呈显著相关,其中CC和TT基因型个体的体高和十字部高均显著高于CT基因型个体,CC基因型个体的尻长显著高于CT基因型个体(P<0.05);IVS3.565 G>A位点与体斜长呈显著相关,其中GG和GA基因型个体的体斜长显著高于AA基因型个体(P<0.05)。综上,PRKAA 2基因的c.462 G>A、IVS3.560 C>T和IVS3.565 G>A位点对摩拉水牛部分生长性状均有显著影响,可作为摩拉水牛品种早期选育的候选基因和分子辅助标记。

白藜芦醇对体外培养的水牛卵丘细胞增殖活力及其相关基因mRNA表达的影响

【目的】研究白藜芦醇(resveratrol,RES)对水牛卵丘细胞体外培养过程中细胞增殖活力、激素分泌、卵丘扩展及抗凋亡和抗氧化能力的影响。【方法】用不同浓度(0(对照组)、1、10、20、30、40、50和60μmol/L)RES培养卵丘细胞,用CCK-8试剂盒测定细胞增殖活力,筛选最佳RES处理浓度及时间用于后续试验。用ELISA法测定培养液中卵丘细胞分泌的雌二醇(estradiol,E_(2))和孕酮(progesterone,P_(4))的含量,实时荧光定量PCR法测定卵丘细胞扩展、凋亡和抗氧化相关基因的相对表达量。【结果】与对照组相比,在体外培养24~36 h内,1、10和20μmol/L RES组水牛卵丘细胞的增殖活力均有升高趋势,10μmol/L RES处理36 h细胞活力最强,因此用于后续试验中细胞的处理。体外培养36 h时,10μmol/L RES组细胞增殖能力和E_(2)、P_(4)的分泌显著增加(P<0.05);10μmol/L RES组卵丘细胞扩展相关基因穿透素3(PTX3)、前列腺素内过氧化物合酶2(PTGS2)、抗凋亡基因B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)和超氧化物歧化酶1(SOD1)基因mRNA相对表达量显著或极显著增加(P<0.05;P<0.01),而促凋亡基因Bcl-2相关蛋白(Bax)、半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)和p21的表达量显著或极显著降低(P<0.05;P<0.01),透明质酸合酶2(HAS2)和过氧化氢酶(CAT)的表达量无显著差异(P>0.05)。【结论】培养液中添加10μmol/L RES能够提高水牛卵丘细胞体外培养的增殖活力,促进卵丘细胞激素分泌和卵丘细胞扩展,并增强卵丘细胞抗氧化能力并减少细胞凋亡。

CART对FSH诱导下水牛颗粒细胞雌二醇分泌及相关基因表达的影响

本试验采用无血清培养体系培养原代水牛卵巢颗粒细胞,研究了外源可卡因-苯丙胺调控转录肽(exogenous cocaine amphetamine regulated transcript,CART)对促卵泡激素(FSH)诱导下颗粒细胞产生雌二醇(E2)的影响及其相关基因的表达情况。采用Long-term培养方法在无血清培养液中分别添加不同浓度的FSH(0、0.25、0.5、1、2、4 ng/mL)培养7 d,利用双抗体夹心法检测各孔的E2浓度,筛选出最佳添加浓度;将原代颗粒细胞随机分成4组(2组对照组(无FSH)和2组最佳FSH添加组)培养6 d后,其中一组对照组和FSH添加组分别与25μg/mL CART共作用24 h,检测E2浓度的变化并对颗粒细胞中CART受体(CARTPT)和芳香化酶基因(CYP19A1)进行定量检测。结果发现:①在培养液中不添加CART时,颗粒细胞中E2浓度随着FSH添加浓度的升高呈先升高后降低的趋势,当FSH添加浓度为1 ng/mL时,E2浓度达到最高值116.16 pmol/mL,显著高于对照组和其他浓度组(P<0.05);②添加外源CART显著降低了FSH作用下颗粒细胞培养液中E2的浓度(P<0.05),两对照组(0 FSH和0 FSH+CART)差异不显著(P>0.05);③在添加1 ng/mL FSH时,CART作用24 h后显著降低了FSH诱导下颗粒细胞中CYP19A1 mRNA的表达(P<0.05),而细胞中CARTPT mRNA的相对表达量显著升高(P<0.05)。在0 ng/mL FSH下,添加25μg/mL CART作用24 h,颗粒细胞中CYP19A1和CARTPT mRNA的表达与不添加CART组相比差异不显著(P>0.05)。由此推测CART在水牛卵巢发育中是一种负向调控信号,抑制卵泡的健康发育,且需一定量的FSH诱导CART对颗粒细胞增殖分化的负向压力。

水牛TRAIL基因克隆及生物信息学分析

【目的】对水牛肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)相关凋亡诱导配体(TNF-related apotosis-inducing ligand,TRAIL)基因CDS序列进行克隆及序列分析,并对其编码的蛋白进行生物信息学分析,为后期TRAIL蛋白调控水牛卵巢卵泡发育、颗粒细胞增殖及凋亡的研究奠定基础。【方法】利用RT-PCR方法克隆水牛TRAIL基因CDS序列,对所获序列进行核苷酸序列、氨基酸序列相似性比对,构建系统进化树,并通过生物信息学软件分析TRAIL基因编码蛋白的结构和功能。【结果】试验成功克隆水牛TRAIL基因CDS序列,长864 bp,编码287个氨基酸;水牛TRAIL基因与牦牛、普通牛、山羊、绵羊、野猪、马、人、黑猩猩和家鼠的核苷酸序列相似性分别为99.2%、99.3%、95.9%、96.3%、84.7%、84.8%、81.3%、81.3%和70.0%。系统进化树结果表明,水牛与牦牛、普通牛的亲缘关系最近,与家鼠亲缘关系最远。氨基酸序列比对结果表明,在不同物种间,其跨膜结构域和TNF结构域序列保守性较高。TRAIL蛋白属于亲水性蛋白,存在1个跨膜结构域,140―285位氨基酸处为TNF区,具有29个磷酸化位点,无信号肽和糖基化位点,主要定位于细胞质中。TRAIL蛋白二级结构主要以无规则卷曲为主,约占51.57%,其次为延伸链(24.39%)和α-螺旋(24.04%)。TRAIL蛋白三级结构与二级结构一致,且与模型蛋白人TRAIL蛋白的相似性为75.53%。【结论】本试验克隆得到水牛TRAIL基因CDS区序列,大小为864 bp,编码287个氨基酸,水牛与牦牛、普通牛亲缘关系最近,TRAIL蛋白跨膜结构域和TNF结构域在不同物种间序列保守性较高,这可能与其功能有关。

卵母细胞来源对水牛体细胞核移植胚胎发育潜能的影响

【目的】探索不同来源卵母细胞对体细胞核移植(SCNT)重构胚的发育能力及发育潜能关键蛋白表达水平的影响。【方法】试验分为活体采卵(OPU)和屠宰场(SLH)卵巢2组,OPU组用超声波活体采卵仪穿刺抽吸10头非泌乳期经产水牛卵巢的卵泡采卵,SLH组从屠宰场卵巢抽吸卵泡采卵。获得的卵母细胞分别进行体外成熟,体外成熟22~24 h后,吹打去除卵丘细胞,挑选具有第一极体的卵母细胞,去核后与水牛耳部成纤维细胞进行SCNT,分别统计SCNT重构胚的融合率、分裂率和囊胚率,用免疫荧光检测2种SCNT重构胚的E-钙黏蛋白(E-cadherin)和转录因子Sox2蛋白的表达水平。【结果】OPU组卵母细胞成熟率及其SCNT重构胚的囊胚率均显著高于SLH组(P<0.05),但2组SCNT重构胚的融合率和分裂率均无显著差异(P>0.05);免疫荧光结果显示,E-cadherin蛋白定位于细胞膜上,Sox2蛋白分布在细胞核膜及细胞质中,OPU组SCNT重构胚中E-cadherin和Sox2的表达水平均显著高于SLH组(P<0.05)。【结论】活体采集的水牛卵母细胞更适合用于SCNT重构胚的构建。

中国水牛种质资源质量提升:机遇与挑战

随着我国经济的发展,人们对水牛奶的需求在不断增长,特别是在潮湿气候的南方,奶水牛产业前景广阔,逐渐成为我国南方畜牧业发展重点之一。中国是世界水牛养殖大国,具有悠久的水牛养殖历史和丰富的水牛种质资源,水牛种质资源提升是我国发展水牛产业的前提和根本,是振兴我国水牛业的关键环节。中国水牛产业历经数十年的发展,已经取得了一定成绩但也存在不足之处。该文主要阐述了我国水牛种质资源发展历程及现状,重点介绍了分子育种技术,并结合国内外先进种质资源提升技术对我国水牛种质资源质量提升工作提出了相应的建议和应对措施。

水牛DDR1基因生物信息学及细胞学功能分析

为了了解水牛DDR1蛋白的生物信息学和细胞学功能,试验采用ProtParam、ProtScale、SOPMA、SWISS-MODEL、PSORTⅡPredictio、NetPhos 3.1在线软件对水牛DDR1蛋白进行生物信息学分析,采用基因干扰的方法研究水牛DDR1基因对水牛乳腺上皮细胞增殖、凋亡、基因表达和迁移的影响。结果表明:水牛DDR1蛋白由915个氨基酸组成,分子式为C_(4538)H_(7029)N_(1261)O_(1287)S_(43),分子量为101222.99 u,半衰期为30 h,理论等电点为6.22,属于酸性、不稳定、可溶性蛋白质。DDR1蛋白的二级结构由256个α-螺旋(27.98%)、175个延伸链(19.13%)、55个β-折叠(6.01%)、429个无规则卷曲(46.89%)构成。亚细胞定位于内质网(44.4%)、高尔基体(33.3%)和质膜中(22.2%)中。DDR1蛋白共含有65个磷酸化位点,其中丝氨酸磷酸化位点35个,苏氨酸磷酸化位点18个,酪氨酸磷酸化位点12个。DDR1基因的最佳干扰片段为siDDR1-1,最佳干扰时间为48 h。DDR1基因干扰72小时时可极显著抑制水牛乳腺上皮细胞的增殖(P<0.01)。DDR1基因干扰显著或极显著上调凋亡相关基因BCL-2(P<0.01)、XIAP(P<0.05)、TP53(P<0.01)和增殖相关基因CCND1(P<0.01)的表达,下调凋亡相关基因CASPASE3(P<0.05)和CCDB1(P>0.05)的表达,但对细胞凋亡率的影响不显著(P>0.05)。此外,DDR1基因干扰可极显著降低水牛乳腺上皮细胞的迁移率(P<0.01)。说明DDR1基因干扰可极显著影响水牛乳腺上皮细胞的增殖和迁移。