精氨酸对小鼠DDK综合症的影响及其修饰基因定位研究

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DDK综合症是一种以小鼠早期胚胎死亡为表型的繁殖现象,其主要表现为:当DDK品系雌鼠与同亚种内其他品系雄鼠杂交时,胚胎因形成胚泡障碍不能着床而死亡;而DDK雄鼠与其他品系雌鼠杂交时胚胎则均能正常发育。小鼠卵子突变基因(Ovum mutant,Om)被认为是导致该综合症的突变基因,然而该基因序列及作用机制目前仍不清楚。本研究旨在通过在小鼠日粮中添加不同浓度的精氨酸观察其对DDK综合症胚胎的影响,以及精氨酸代谢与DDK综合症间的关系;同时研究中通过寻找DDK综合症的修饰基因,以揭示Om基因位点杂合雌鼠与C57BL/6(B6)回交后胚胎死亡率偏离半数致死的原因。本研究通过营养和基因两个方面共同探讨对DDK综合症胚胎的影响,为最终解释DDK综合症的机理奠定基础。本研究共分三部分进行:  第一部分研究小鼠日粮中添加不同浓度精氨酸对DDK综合症的影响。实验采用单因素完全随机设计,选用120只F1(B6♀×DDK♂)代雌鼠,随机分为3组,分别饲喂精氨酸含量为1.10%、1.34%和1.59%的日粮。妊娠12天解剖,观察存活胎子数和着床数,检测子宫胎盘内一氧化氮含量。实验结果表明,饲喂1.34%的精氨酸组其着床数显著高于1.10%和1.59%组(P<0.05)。同时,1.34%组的存活胎子数最高,但与其他两组相比,均未达到显著性差异(P>0.05)。子宫胎盘内一氧化氮检测结果显示,小鼠日粮中添加1.34%和1.59%的精氨酸其一氧化氮含量均显著高于1.10%组(P<0.05)。该实验结果表明,小鼠日粮中添加1.34%精氨酸对提高DDK综合症胚胎的成活率有一定帮助,但差异不显著;子宫胎盘内一氧化氮的检出,表明DDK综合症胚胎死亡和精氨酸缺乏及一氧化氮代谢障碍间无直接关系。  第二部分初步定位DDK综合症的修饰基因。实验利用与Om基因紧密连锁的D11Mit36、D11Mit66和D11Mit247三个微卫星分子标记,筛选杂合型N2雌鼠构建修饰基因定位群体。同时,采用凝胶电泳法筛选在DDK和B6品系间具有多态性的微卫星分子标记,利用筛选到的分子标记对作图全体进行全基因扫描。收集杂合型N2雌鼠妊娠12天的存活胎仔数和胚胎着床数作为表型数据。最后采用WinQTLCart2.5软件中的复合区间作图法结合全基因扫描结果和表型数据进行QTL定位分析,初步寻找加重DDK综合症的修饰基因。实验结果显示,本研究共筛选到289只N2杂合型雌鼠构建作图群体,其筛选比例为23.94%。筛选到67条具有多态性的微卫星引物,筛选比例为25.97%,平均每条染色体上有3.53个标记,标记间平均距离为18.56cM。收集到的表型数据显示存活胎子数平均为2.57只,而着床数平均为3.59只,且均符合正态分布。结合19363个全基因扫描结果和表型数据进行QTL分析后发现,存活胎子数在第几号染色体上有一个明显高峰,其最大LOD值为3.5,超过了2.9的显著性LOD值,因此认为该位点是一个主效修饰基因位点,并将其命名为Amom1,该位点位于小鼠第几号染色体上的38.9-51.9cM区间。而着床数虽然也在第九号染色体上也有一个高峰,但其最大LOD值为2.3,未达到显著性LOD值2.5的水平,因此,认为该位点不是一个显著性修饰基因位点。该实验结果表明,在B6品系遗传背景中定位到一个主效修饰基因位点,该位点可以加重DDK综合症,使得胚胎成活率进一步降低。该实验结果解释了Om位点杂合雌鼠与B6品系回交胚胎死亡偏离半数致死的原因。  第三部分对Amom1修饰基因位点进行精细定位。本研究在初步定位的基础上通过扩大定位群体,增加高密度分子标记等方法,以进一步精细定位Amom1位点。在精细定位后,结合小鼠资源库及生物信息学方法,寻找Amom1位点内的候选基因,为最终克隆DDK综合症修饰基因奠定基础。实验结果显示,本研究在小鼠第九号染色体上筛选到高密度分子标记28个,筛选率为21.88%,Amom1位点内分子标记间距为0.93cM。增加了56个有效样本,使作图群体达到了345只。利用作图群体的存活胎子数表型数据进行QTL分析,并采用1.5LOD-drop的方法进行置信区间估测。QTL分析结果表明,Amom1位点置信区间为47.7-49.1cM间,大约1.4cM。该位点的贡献率为10.56%,加性效应为-1.46,显性效应为12.72。通过NCBI和MGI数据库分析该区间对应90700-94500Mb,包含有效基因19个,其中12个为未知基因,4个为Plscr家族基因,2个为Zic家族基因和1个Plod家族基因。下一步的研究需要对19个基因进行更进一步的筛选,并对筛选出来的候选基因进行功能性验证。  综合以上研究结果,小鼠日粮中添加1.34%的精氨酸对DDK综合症略有缓解,DDK综合症胚胎死亡与日粮中精氨酸代谢无直接关系,而与B6品系遗传背景中的修饰基因位点Amom1有直接关系。该修饰基因位点通过对Om基因的调节,可促进DDK胚胎死亡的进一步增加,即加重DDK综合症。该研究揭示了日粮中精氨酸与DDK综合症胚胎死亡间的关系,同时定位到的加重DDK综合症的修饰基因为全面解释DDK综合症的机理奠定了基础。
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