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高原动物生殖生物学科组揭示了犏牛生殖细胞发育的形态学和组蛋白甲基化修饰特征
发布时间:2020-02-20

  动物种间杂交后代不育现象在自然界普遍存在,杂交不育阻断了物种间的基因交流,是生殖隔离的重要屏障。动物种间杂交不育的一个神奇现象是杂种雄性不育,即杂交雌性后代有生育力而雄性不育。目前,我们对动物种间杂交不育机制的认识还非常浅显。家牦牛(Bos Grunniens)和普通牛(Bos Taurus)的远缘杂交后代——犏牛是解析哺乳动物杂交雄性不育的理想模型。黄牛和牦牛490万年前起源于共同祖先原牛,具有相同的染色体数(2n=60)。犏牛雄性不育和马驴杂交雌雄不育表型不同,也有异于广泛研究的果蝇和小鼠等模型。解析犏牛雄性不育的分子机理不仅有助于探究物种形成和生殖隔离的新机制,在畜牧生产上,也可为优良遗传资源合理利用和杂种优势的固定提供技术支撑。

  高原动物生殖生物学科组立足学科组的前期工作(Wang et al., J Animal Science & Biotechnology,2019),利用组织形态学、免疫组织化学、细胞免疫荧光以及RT-PCR等技术,比较了3月龄、10月龄及24月龄牦牛和犏牛生殖细胞的形态学特征,并检测了两种动物睾丸细胞组蛋白转甲基酶和组蛋白甲基化修饰情况。结果发现,甲基化转移酶MLL5、EHMT2、SETDB1、SETDB2、EZH2、SUV420h1和PRDM9的表达在牦牛和犏牛睾丸组织中存在显著差异。3月龄,SUV420H1在犏牛中高表达;10月龄,MLL5、SETDB1和SUV420H1在犏牛中高表达,SETDB2和EZH2在犏牛的表达量低于牦牛;24月龄,MLL5和SUV420H1在犏牛中高表达,EZH2和PRDM9呈低表达。免疫荧光检测发现,组蛋白甲基化水平以及分布情况在不同发育时期牦牛和犏牛睾丸细胞中有明显差异,首次发现H3K27me3和H4K20me3在犏牛支持细胞中富集,在牦牛支持细胞中的量低于可检测水平。本研究同时发现,在减数分裂细胞中,H3K4me3、H3K9me1、H3K9me3和H4K20me3表达水平以及定位也显著不同。以上结果表明,支持细胞组蛋白修饰和基因表达异常,可能是犏牛生殖细胞发育的潜在影响因素。以上发现,为深入研究支持细胞和精母细胞组蛋白修饰在犏牛雄性不育中的功能提供了重要的基础数据。

  相关论文 The expression of histone methyltransferases and distribution of selected histone methylations in testes of yak and cattle-yak hybrid 于2020年1月7日在动物繁殖学领域经典期刊 Theriogenology 在线发表。硕士研究生李永昌为论文第一作者,杨其恩研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目(31972574)和中国科学院战略性先导科技专项(2016YFC0501805)等项目的资助。学科组依托中科院高原生物适应与进化重点实验室和青海省动物生态基因组学重点实验室。 

  文章链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0093691X20300017



  犏牛和牦牛粗线期精母细胞染色体上组蛋白甲基化(H3K4me3, H3K9me1和H3K9me3)富集水平差异显著

 
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