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动科院王锋教授在山羊克隆与湖羊多胎方面取得重要研究进展

2021-03-05 来源:动物科技学院(含无锡渔业学院) 作者:姚晓磊 图片:

近日,Molecular Therapy-Nucleic Acids(IF=7.032; Top10%)同时在线发表了南京农业大学动物科技学院王锋教授团队完成的题为“Long non-coding RNA lnc_3712 impedes nuclear reprogramming via repressing Kdm5b”和“LncRNA FDNCR promotes apoptosis of granulosa cells by targeting the miR-534-3p/DCN/TGF-β signaling pathway in Hu sheep”的两篇研究论文。系统介绍了团队在山羊胚胎克隆与湖羊多胎机理方面的取得的重要研究进展。

lncRNA调控克隆胚胎重编程的表观遗传机制

该研究以山羊组蛋白去甲基化酶Kdm5b为靶基因,鉴定到一条参与调控山羊克隆胚胎重编程的新lncRNA lnc_3712,阐明了lnc_3712与Kdm5b的调控方式,揭示了lnc_3712调控山羊克隆胚胎重编程的表观遗传机制,对于提高克隆胚胎发育能力和转基因克隆动物生产效率具有重要指导意义。

在过去的几十年时间里,克隆技术已在多种动物上获得成功,但相较于正常受精胚胎,克隆胚胎发育率仍然极低。王锋教授团队已于2011年获得了南京农业大学首例转基因克隆山羊,前期研究也建立了参与调控山羊早期胚胎发育的lncRNA库,然而lncRNA数量众多,功能复杂,其通过何种机制调控克隆胚胎重编程尚不清楚。

本研究中,王锋教授团队证实组蛋白H3K4me3也是山羊克隆胚胎重编程的关键障碍,注射H3K4me3去甲基化酶Kdm5b mRNA可以提高山羊克隆胚胎囊胚率。利用高通量测序技术详细地分析了lncRNA在山羊克隆胚胎ZGA过程中的表达规律,并以Kdm5b等表观遗传因子为核心基因构建lncRNA-mRNA互作网络,结合干扰实验和生物信息学分析筛选到lncRNA lnc_3712,发现干扰山羊克隆胚胎中lnc_3712的表达,可以提高Kdm5b表达水平,降低克隆胚胎H3K4me3修饰,进而修正山羊克隆胚胎异常的转录组水平。更重要的是,干扰lnc_3712使山羊克隆胚胎囊胚率提高到48%左右。该成果对提高克隆胚胎重编程效率具有重要意义,在山羊转基因育种中具有潜在应用价值。

该研究工作以南京农业大学动物科技学院江苏省家畜胚胎工程实验室为第一单位。南京农业大学王锋教授和张艳丽教授为本文的共同通讯作者,师资博士后邓明田及万永杰副教授为本文的共同第一作者。项目得到国家自然科学基金(31672422,31972569)项目的资助。




lncRNA调控湖羊多胎机理的重要研究进展

团队首次将基因型和繁殖力精准配对,在低繁FecB+湖羊卵巢中筛选并鉴定出一个新的转录本lncRNA-FDNCR,通过体外功能验证和机制探索等系列试验,阐明了lncRNA FDNCR介导DCN/TGF-β通路参与多胎湖羊卵泡发育的调控机制。此研究成果将为解析并完善湖羊多胎机理提供依据,为绵羊以及其他家畜的生殖调控和繁殖力的提高提供理论基础和实践指导,对加快肉羊分子育种具有现实意义。

湖羊作为我国宝贵的遗传资源保护品种,以“多胎、全年发情”而著称,已被广泛引进到全国各地进行扩繁和杂交育种,是当前国内肉羊生产最受欢迎的母本品种,也是研究多胎机理的理想对象。同时,湖羊是世界上少数几个携带FecB(fecundity booroola)基因(与排卵相关主效基因)的绵羊品种,携带该基因已成为多胎性的重要标志。但在实际生产中,王锋教授团队发现产单羔的湖羊中有84%携带纯合FecB基因,提示FecB与多胎性之间可能存在更精细的调控机制。

探究lncRNA和miRNA调控多胎湖羊卵泡发育的作用机制是当前肉羊繁育的研究热点。本团队首次将基因型与繁殖力精准配对,以不同基因型的高低繁湖羊卵巢为研究对象,采用RNA-Seq技术对其进行lncRNA测序,发现新转录本MSTRG.98424.7在FecB+低繁湖羊组中高表达,通过RACE技术发现该转录本总长为1631 nt,采用FISH技术发现主要定位于湖羊卵巢颗粒细胞中,且随着卵泡的增殖而降低。提示该转录本可能与卵泡发育有关,因此将其命名为FDNCR (Follicular development-associated lncRNA),进一步通过RIP、FISH等技术探索FDNCR-DCN轴、FDNCR-miR-543-3p轴、miR-543-3p-DCN轴的形成机制及功能验证,结果表明:lncRNA FDNCR通过吸附miR-543-3p,减弱miR-543-3p对DCN基因表达的抑制作用,进而增强DCN基因对TGF-β通路相关基因的抑制作用,最终促进湖羊颗粒细胞的凋亡,揭示了lncRNA FDNCR介导DCN/TGF-β通路参与多胎湖羊卵泡发育的调控机制。

该研究工作以南京农业大学动物科技学院江苏省家畜胚胎工程实验室为第一单位,师资博后姚晓磊为第一作者,王锋教授为通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金(31872357;32002174)、中央高校基本科研项目(KYYJ202001)的资助。近几年,王锋教授团队重点关注多胎湖羊新品系的选育及特色性状关键基因的挖掘工作,于2019年成立了南京农业大学湖羊研究院。3年内先后派出5位研究生轮流进驻国家级湖羊种羊场,根据遗传背景、生产性能测定、产羔率等选育建立了高繁湖羊核心群(≥3只/胎)1000多只,并选留低繁湖羊(1只/胎)100多只。已先后先后利用WGBS和RNA-Seq技术在湖羊下丘脑-垂体-卵巢轴以及子宫上进行DNA甲基化和lncRNA系统性的筛选和功能验证,系统揭示了湖羊多胎机理。

链接:https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.02.016;https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.02.030

校对:崔滢

编辑:郭嘉宁

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