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克隆猪印迹基因表达及其甲基化状态研究

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CONTENTS英文目录

1 前言

1.1 基因印迹的研究进展

1.1.1 基因印迹的发现

1.1.2 印迹基因的基本特征

1.1.3 基因印迹的分子机制

1.1.4 基因印迹相关的疾病

1.2 猪的体细胞核移植的研究进展

1.2.1 体细胞核移植研究的现状

1.2.2 猪的体细胞核移植的效率

1.2.3 猪的体细胞核移植主要环节及影响因素

1.2.4 猪的体细胞核移植的应用价值

1.3 基因印迹与克隆动物发育

1.3.1 体细胞核移植过程中表观遗传学的变化

1.3.2 克隆动物发育异常与印迹的相关性

1.3.3 基因印迹在克隆动物中建立和维持的可能机制

1.4 本课题拟研究印迹基因的研究现状

1.4.1 IGF2基因

1.4.2 H19基因

1.4.3 PEG3基因

1.4.4 GRB10基因

1.4.5 IGF2和H19基因的印迹机制

1.5 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验动物

2.1.2 主要仪器与设备

2.1.3 主要试剂及试剂盒

2.1.4 常用试剂及配制

2.1.5 主要的生物信息学网站及分析软件

2.2 实验方法

2.2.1 猪的体细胞核移植程序

2.2.2 Realtime RT-PCR

2.2.3 亚硫酸氢盐修饰后测序的甲基化分析方法

2.2.4 BrdU标记

2.2.5 囊胚内细胞团和滋养层的分离

2.2.6 RT-PCR

3 结果与分析

3.1 克隆猪印迹基因的表达

3.1.1 总RNA的提取

3.1.2 Realtime PCR反应的特异性

3.1.3 IGF2基因的表达

3.1.4 H19基因的表达

3.1.5 PEG3基因的表达

3.1.6 GRB10基因的表达

3.2 克隆猪印迹基因的甲基化

3.2.1 IGF2和H19基因DMR区的确定

3.2.2 亚硫酸氢盐修饰效率的确定

3.2.3 IGF2基因的甲基化

3.2.4 H19基因的甲基化

3.3 体细胞核移植胚胎印迹基因的甲基化变化

3.3.1 细胞培养过程中印迹基因的甲基化变化

3.3.2 核移植胚胎IGF2基因甲基化水平

3.3.3 核移植胚胎H19基因甲基化水平

3.3.4 核移植胚胎内细胞团和滋养层印迹基因甲基化水平

3.4 印迹基因的去甲基化与DNA复制的关系

4 讨论

4.1 印迹基因的研究方法

4.1.1 印迹基因表达的分析方法

4.1.2 印迹基因甲基化的分析方法

4.2 印迹基因在克隆猪中的表达

4.2.1 印迹基因在克隆猪个体中的表达

4.2.2 印迹基因在克隆猪胎盘中的表达

4.3 印迹基因在克隆猪中的甲基化

4.3.1 印迹基因在克隆猪个体中的甲基化

4.3.2 印迹基因在克隆猪胎盘中的甲基化

4.4 印迹基因在核移植胚胎中的甲基化

4.4.1 印迹基因在供核体细胞传代中的甲基化变化

4.4.2 印迹基因在核移植胚胎中的甲基化变化

4.4.3 内细胞团和滋养层的分离

4.4.4印迹基因在内细胞团和滋养层的甲基化状态

4.5 印迹基因的去甲基化与DNA复制的关系

5 结论

致 谢

参考文献

附录

攻读博士期间已发表的SCI论文

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摘要

猪的器官极可能成为人类未来器官的供应源,猪体细胞核移植及转基因的研究虽然取得了一定的进展,但总体来看核移植效率还很低(1%-2%)。印迹基因对动物的生长发育起重要作用,在自然繁殖的动物中,基因印迹是通过配子形成过程中甲基化状态的改变而建立的,而克隆动物未经过配子形成阶段,而是直接将体细胞注入去核的卵中进行发育,这极有可能造成印迹基因的表观遗传修饰异常以及表达异常。本研究拟通过对克隆猪胚胎以及克隆猪个体中印迹基因的表达及甲基化状态进行研究,探索印迹基因的甲基化状态与表达对克隆猪胚胎发育的影响,希望为提高猪体细胞核移植效率提供理论依据。主要研究结果如下:
   (1)利用Realtime PCR方法,对四个印迹基因(IGF2、H19、PEG3、GRB10)在存活克隆猪、死亡克隆猪和自然繁殖猪及它们分别对应的胎盘中的表达做了分析,结果表明,四个印迹基因在死亡克隆猪胎盘中的表达水平比存活克隆猪胎盘和自然繁殖猪胎盘低,而存活克隆猪胎盘和自然繁殖猪胎盘之间差异不显著。四个印迹基因在死亡克隆猪、存活克隆猪及自然繁殖猪个体间的表达水平差异不显著。这表明印迹基因在胎盘中的表达异常可能是克隆猪发育失败的重要原因。
   (2)利用亚硫酸氢盐修饰后测序方法,对IGF2基因的DMR2和H19基因的CTCF3在存活克隆猪、死亡克隆猪和自然繁殖猪及它们分别对应的胎盘中的甲基化做了分析,结果表明,IGF2和H19基因在死亡克隆猪胎盘中的甲基化水平比存活克隆猪胎盘和自然繁殖猪胎盘高,而存活克隆猪胎盘和自然繁殖猪胎盘之间差异不显著。IGF2和H19基因在死亡克隆猪、存活克隆猪及自然繁殖猪个体间的甲基化水平差异不显著。这表明印迹基因在胎盘中的表达异常可能是由印迹基因甲基化的异常造成的。
   (3)利用亚硫酸氢盐修饰后测序方法,对IGF2基因的DMR2和H19基因的CTCF3在植入前核移植胚胎及体外受精胚胎中的甲基化变化做了分析,结果表明,IGF2和H19基因在核移植胚胎中呈现去甲基化趋势,去甲基化主要发生在1-细胞的6-15小时及2-细胞期,且两个印迹基因去甲基化的程度相似,这可能是由核移植过程中重编程的不完全造成的。
   (4)利用免疫外科手术法,对体外受精和核移植的囊胚进行了内细胞团和滋养层的分离,通过对内细胞团和滋养层标志性基因的检测,证明我们分离内细胞团和滋养层的方法是正确有效的。
   (5)利用亚硫酸氢盐修饰后测序方法,对IGF2基因的DMR2和H19基因的CTCF3在核移植胚胎的内细胞团和滋养层中的甲基化做了分析,结果表明,核移植胚胎内细胞团和滋养层均有不同程度的甲基化异常,内细胞团较滋养层的甲基化趋于正常,这表明印迹基因甲基化正常的细胞优先参与内细胞团的形成,而印迹基因甲基化异常的细胞优先参与滋养层的形成,这可能是胎盘印迹基因异常的原因。
   (6)利用BrdU标记的方法,对1-细胞期核移植胚胎DNA复制的时间进行了检测,结果表明,1-细胞期核移植胚胎主要在重构胚激活后6-15小时进行DNA复制,与去甲基化的时间相吻合。这表明印迹基因在核移植胚胎中的去甲基化是由DNA复制过程中维持甲基化的失败造成的。

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