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奶牛泌乳性状相关基因启动子甲基化分析

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摘要

1 前言

1.1 DNA甲基化研究进展

1.1.1 DNA甲基化与CpG岛

1.1.2 DNA甲基化作用的分子机制

1.1.3 DNA去甲基化机制

1.1.4 甲基化生物学功能

1.1.5 DNA甲基化研究方法

1.2 DNA甲基化与泌乳研究现状

1.3 候选基因基因功能研究

1.4 研究目的与意义

2 材料和方法

2.1 奶牛乳腺组织泌乳性状相关基因甲基化启动子甲基化分析

2.1.1 实验主要试剂

2.1.2 实验主要仪器

2.1.3 实验动物

2.1.4 实验方法

2.1.5 实时荧光定量PCR检测泌乳性状相关基因mRNA水平

2.1.6 数据处理与统计分析

2.2 去甲基化药物5-Aza对乳腺上皮细胞Cyclin D1基因启动子甲基化的调节作用

2.2.1 乳腺上皮细胞原代及传代培养

2.2.2 5-Aza实验处理

2.2.3 数据统计处理与统计分析

3 结果与分析

3.1 奶牛乳腺组织泌乳相关基因启动子甲基化特征

3.1.1 STAT5a基因启动子CpG岛预测及其甲基化特征

3.1.2 ELF5基因启动子CpG岛预测及甲基化特征

3.1.3 AKT1启动子CpG岛预测及甲基化特征

3.1.4 mTOR启动子CpG岛预测及甲基化特征

3.1.5 EIF4EBP1启动子CpG岛预测甲基化特征

3.1.6 RPS6KB1启动子CpG岛预测及甲基化特征

3.1.7 SREBP1启动子甲基化特征

3.1.8 Cyclin D1基因启动子甲基化特征

3.2 实时荧光定量PCR分析不同奶牛乳腺组织泌乳相关基因mRNA差异结果

3.3 去甲基化5-Aza对乳腺上皮细胞Cyclin D1基因启动子甲基化的调节作用

3.3.1 乳腺上皮细胞的培养与鉴定

3.3.2 5-Aza对奶牛乳腺上皮细胞活性及增殖的影响

3.3.3 5-Aza对奶牛乳腺上皮细胞全基因组甲基化水平的影响

3.3.4 5-Aza对Cyclin D1基因启动子甲基化水平的影响

3.3.5 Cyclin D1的荧光定量结果

3.3.6 Cyclin D1蛋白的Western blotting实验结果

4 讨论

4.1 DNA甲基化与奶牛乳腺组织

4.2 营养条件、激素对奶牛乳腺组织泌乳相关基因启动子甲基化的影响

4.3 DNA甲基化与奶牛乳腺发育及乳品质

4.4 非5mCpG甲基化模式的乳腺泌乳生物学作用

4.5 实验方法的选择

5 结论

致谢

参考文献

附录A:缩略语表

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

DNA甲基化是最早发现的表观修饰方式之一,在维持个体正常发育、遗传印记、细胞功能、疾病的发生等发面起着重要的作用。DNA甲基化指的是指由甲基转移酶(DNMTs)催化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体,将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶。其主要通过介导基因沉默参与表达调控。近年来,表观遗传学被视为是奶牛泌乳功能调控潜在的分子机制。不同生理及病理状态条件下,乳蛋白的表达受到DNA甲基化的调控。此外,奶牛的管理环境、饲养条件通过某种机制改变机体的表观遗传属性,并且能将这一属性传递至下一代。
   本文通过比较高乳品质和低乳品质奶牛、泌乳期与妊娠期乳腺组织泌乳性状相关的8个基因(STAT5A、ELF5、AKT1、mTOR、RPS6KB1、EIF4EBP1、SREBP1、Cyclin D1)启动子甲基化特征,分析其对奶牛乳品质和乳腺发育的影响。采用重亚硫酸盐测序技术分别分析了不同奶牛乳腺组织基因启动子甲基化状况。结果显示,在奶牛乳腺组织内,不仅存在5mCpG的甲基化模式,还存在非5mCpG的甲基化模式。在高乳品质和低乳品质奶牛中AKT1、mTOR、RPS6KB1、EIF4EBP1、SREBP1、Cyclin D16个基因的启动子甲基化水平存在差异,高乳品质奶牛的甲基化水平低于低乳品质奶牛,泌乳期奶牛甲基化水平低于妊娠期奶牛。STAT5A启动子甲基化水平基本没有变化,而ELF5启动子中,高乳品质奶牛的甲基化程度高于低乳品质奶牛。结合实时荧光定量PCR的结果,DNA甲基化可能参与了AKT1、mTOR、RPS6KB1、EIF4EBP1、SREBP1、Cyclin D1,对STAT5A、ELF5的影响不大。在细胞实验中,着重分析了DNA甲基化对Cyclin D1表达的调控作用。向培养的乳腺上皮细胞添加甲基转移酶抑制剂5-Aza(5-脱氧-2-杂氮胞嘧啶),结果与对照组相比,Cyclin D1基因启动子甲基化水平明显降低,荧光定量PCR结果显示,mRNA水平的表达上升了1.5倍。Western blotting结果显示,Cyclin D1蛋白表达量上升了20%。

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