牛ZC3H12C、QPCT、ANO1和AQP1基因的印记和甲基化状态分析

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基因组印记(Genomic imprinting)是指在哺乳动物中,源自双亲的等位基因在子代中的表达状态存在明显差异的表观遗传学现象。印记基因调控区的DNA差异甲基化是导致印记基因呈现等位基因表达差异的主要表观修饰。尽管印记基因的数量在基因组中所占比例很小(少于1%),却对生命体的生长发育起着重要的作用,印记基因的异常表达会引发人类多种疾病。牛是一种重要的农业家畜,与小鼠和人类中已鉴定的印记基因数量(小鼠,260;人,228)相比,印记基因在牛中的研究还十分缺乏。本试验以在人或小鼠中被鉴定的4个印记基因ZC3H12C、QPCT、ANO1和AQP1为研究对象,首先应用基于SNP的RT-PCR产物直接测序法分析4个基因在牛中的等位基因表达状态,进而应用亚硫酸氢盐测序法分析基因的CpG岛,判断DNA甲基化在基因表达中的调控作用。结果如下:通过对PCR产物直接测序,在牛ZC3H12C基因的外显子6上鉴定出1个SNP(rs42356971,A/C)杂合位点,利用该SNP位点确定了 ZC3H12C基因在成年牛组织(心脏、肝脏、脾脏,肺脏,肾脏和大脑)中为单等位基因表达,而在胎盘中为双等位基因表达。分析ZC3H12C基因调控区在组织和胎盘中的甲基化状态,发现在组织(肝脏和肾脏为例)中,ZC3H12C基因内含子1内存在DNA甲基化差异区(Different methylated region,DMR);而在胎盘中,亲本等位基因均呈现轻甲基化状态,说明该区域的甲基化调控了牛ZC3H12C基因在牛组织中的单等位基因表达。通过分析位于牛QPCT基因外显子7上的SNP(rs210285410,C/T)杂合位点,确定了 QPCT基因在6个成年牛组织中为单等位基因表达,在胎盘中为母源单等位基因表达。分析位于QPCT基因启动子和外显子1区域的CpG岛的甲基化状态,发现在牛组织、胎盘和精子中均呈现轻甲基化,说明QPCT基因的单等位基因表达与启动子区DNA甲基化不存在明显关联。在牛ANO1基因的外显子31上鉴定了一个SNP(rs41586585,C/T)杂合位点,确定了ANO1基因在牛胎盘中为母源单等位基因表达,而在成年牛组织中表现为双等位基因表达。分析ANO1基因外显子1区域CpG岛的甲基化状态,结果发现在牛组织,胎盘和精子中均为轻甲基化,说明牛ANO1基因的印记表达不受该区域DNA甲基化的调控。在牛AQP1基因的外显子4上鉴定了两个SNP位点,SNP(rs382748905,C/T)用于确定了AQP1基因在成年牛组织中为双等位基因表达;另一个SNP位点(rs380460668,C/T)用于确定了AQP1基因在牛胎盘中为母源单等位基因表达。分析横跨AQP1基因外显子1的CpG岛甲基化状态,结果显示仅在牛胎盘中发现DMR,说明DNA甲基化参与调控AQP1基因在牛胎盘中的印记表达。以上研究结果不仅丰富了牛的基因组印记,也为进一步研究ZC3H12C、QPCT、ANO1和AQP1基因的功能及印记机理奠定了基础。
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