






摘 要: 旨在利用721只固始雞F2代雞群,鑒定影響肌內脂肪沉積的候選基因G3BP1的SNPs位點,用于肉質性狀的分子標記開發,并利用固始雞肌內前脂肪細胞深入探究其功能。本研究首先鑒定了G3BP1基因上的SNPs位點,發現3個突變位點處于強連鎖不平衡狀態,尤其是13588667Ggt;A位點的不同基因型與固始雞F 2資源群的皮脂、皮脂率和肌內脂肪等肉質性狀顯著相關(Plt;0.05)。因此,G3BP1基因13588667Ggt;A位點可以作為影響肌內脂肪沉積的一個重要的分子標記。此外,本研究利用qRT-PCR、CCK-8、流式細胞術、甘油三酯含量測定和油紅O染色等方法,評價了G3BP1基因對固始雞肌內前脂肪細胞增殖與分化的影響。結果表明,過表達G3BP1后,肌內前脂肪細胞中增殖標志基因CDK1、CCNB2、PCNA和CCND1表達水平均極顯著上升(Plt;0.001),并顯著促進了細胞周期進程。過表達G3BP1后也顯著促進了肌內前脂肪細胞分化標志基因LPL的表達(Plt;0.05),極顯著促進了CEBPA的表達(Plt;0.001),肌內前脂肪細胞內脂滴生成和甘油三酯含量也極顯著增加(Plt;0.01)。本研究明確了G3BP1在促進肌內前脂肪細胞增殖與脂肪細胞生成中的作用,并鑒定了影響肌內脂肪沉積的分子標記,為我國優質肉雞培育提供重要的理論依據和應用價值。
關鍵詞: 固始雞;肌內脂肪;G3BP1;分子標記
中圖分類號:S831.2"""" 文獻標志碼:A"""" 文章編號: 0366-6964(2025)01-0159-09
收稿日期:2024-08-09
基金項目:雞生長性狀精準評價與高產優質核心種質創制 (SN01-2022-05);重要農業動植物優異性狀共性調控元件挖掘與基因資源設計 (2023YFF1001100);中國博士后科學基金面上項目 (GZC20233467)
作者簡介:李遠方(1991-),女,河南平頂山人,博士,主要從事畜禽資源分子評價的研究,E-mail: yuanfangli1991@163.com
*通信作者:劉翹銘,主要從事生物信息學研究,E-mail: cslqm@hit.edu.com;李國喜,主要從事家禽遺傳育種的研究,E-mail: liguoxi0914@126.com;李 智,主要從事畜禽資源分子評價的研究,E-mail: 18530085133@163.com
LI" Yuanfang 肌內脂肪與肉的風味、多汁性、嫩度等肉質性狀密切相關[1-2]。IMF主要存在于肌纖維之間的脂肪細胞中,IMF的形成受到營養、激素和遺傳等多種因素的調控,其中遺傳因素起關鍵作用[3-5]。隨著消費者對高品質肉類需求的增加,研究雞肉IMF的形成機制和遺傳調控變得尤為重要。研究發現,PPARγ、CEBPA、FABP4和LPL等基因在IMF形成過程中發揮著重要的作用[6-8],這些基因通過促進脂肪細胞的生成、分化和脂質積累,增加IMF含量。然而,這些已知基因并不能完全解釋我國地方品種雞IMF相關的遺傳變異,因此,亟待解析影響我國地方品種雞IMF形成的機制,尋找有效的IMF性狀相關的分子標記。
固始雞是我國肉蛋兼用型品種雞,原產于河南省固始縣,其具有肉質細嫩、風味獨特和營養豐富等特點,素有“中國土雞之王”的美譽[9-10],但是目前對其IMF形成機制的了解相對缺乏。本課題組前期" 利用固始雞F 2資源群體,通過GWAS分析發現Ras-GTPase激活蛋白 (SH3域) 結合蛋白1 (Ras-GTPase-activating protein SH3 domain binding protein" G3BP1) 是影響IMF性狀的候選基因,且在固始雞胸肌組織中表達量非常豐富[11-12]。G3BP1是一種RNA結合蛋白[13],在真核生物進化過程中高度保守,同時具有多種生物學功能[14-16]。已有大量研究表明,G3BP1參與癌癥反應[17-19]以及機體的應激反應[20-21]。此外,G3BP1還被發現與前脂肪細胞增殖相關。LV等[22]的研究顯示,miR-129-5p通過靶向G3BP1并激活p38信號通路來抑制3T3-L1前脂肪細胞增殖。然而,盡管已有證據表明了G3BP1在前脂肪細胞增殖中的作用,但其在畜禽領域中的關聯性尚未得到驗證。因此,本研究較為系統地研究了G3BP1基因對固始雞肌內前脂肪細胞增殖和分化的影響,并在固始雞F 2資源群中篩選了該基因的遺傳變異位點,旨在開發與雞IMF性狀相關的分子標記。
1 材料與方法
1.1 試驗動物
試驗用DNA血樣來自于河南農業大學家禽中心實驗室構建的固始雞F 2資源群,構建方法及飼養管理條件等細節參考文獻[23]。試驗動物為固始雞,取材于河南農業大學家禽種質資源場。
1.2 RNA提取、cDNA合成和實時熒光定量PCR(qRT-PCR)
Trizol法提取雞原代前脂肪細胞總RNA,使用PrimeScriptTM RT reagent Kit with gDNA Eraser(TaKaRa,日本)試劑盒進行cDNA的合成。實時熒光定量以cDNA為模板,使用SYBR Green(TaKaRa,日本)染料進行,反應體系為20 μL:2×SYBR Green Mix 10 μL,cDNA模板 1 μg,上、下游引物各 0.2 μmol·L- RNase Free dH 2O 補足20 μL。反應程序為:95 ℃ 5 min;95 ℃ 5 s,60 ℃ 15 s,循環 40 次。雞的GAPDH基因作為內參基因,每個樣品均進行3次技術重復,用 2-△△CT[24]方法計算相對表達量,引物序列如表1所示。
1.3 原代肌內前脂肪細胞的分離和誘導分化
利用2~3周齡的固始雞胸肌組織分離原代肌內前脂肪細胞。無菌條件下,取2~3周齡的固始雞腹部脂肪組織,用1%鏈霉素/青霉素PBS溶液沖洗胸肌組織3次,再用眼科剪剪碎組織后用細胞消化液(組織塊∶消化液=1∶5)在37 ℃水浴鍋消化60 min,消化中間每5 min振蕩1次。待完全消化后,加入完全培養基終止消化,分別經100、200和500目的篩網過濾后,500 g離心10 min,然后用紅細胞裂解液重懸并在溫室下孵育10 min,然后細胞沉淀用完全培養基反復重懸、離心2次后,將細胞懸液接種到細胞培養瓶中,置于 37℃、5% CO 2培養箱中進行細胞培養,2 h后換液得到肌內前脂肪細胞,利用油紅O染色法鑒定細胞的純度。
分離的肌內前脂肪細胞被接種到6孔板中,待細胞融合達到90%后,用誘導分化培養基代替完全培養基培養48 h,最后使用完全培養基直至10 d后完全分化。誘導分化培養基的配制如下:將6.3 μL油酸標準品與1 mL DMSO混合配制為油酸原液,取400 μL油酸原液與50 mL完全培養基混合配制成誘導分化培養基。
1.4 CCK-8和細胞周期檢測
CCK-8法檢測細胞增殖活力,步驟參考Cell Counting Kit-8 (美侖,中國)說明書。細胞周期檢測:收集細胞后先加入75%乙醇放置-20 ℃過夜,離心后PBS進行水合,隨后加碘化丙啶染色液進行孵育細胞,最后用流式細胞儀檢測細胞周期,計數2萬個細胞,結果用FlowJo7.6軟件分析。
1.5 油紅O染色和甘油三酯檢測
處理后的細胞移去培養基,用PBS緩沖液輕輕清洗3次后,用4% 的甲醛固定液將細胞固定40 min,然后用PBS清洗3次,最后用0.5%的油紅O染色10 min進行顯微鏡觀察。甘油三酯檢測采用甘油三酯檢測試劑盒測定(普利萊,中國),按照廠家技術說明進行操作。
1.6 數據統計分析
所有數據采用SPSS 20.0進行獨立樣本t-test分析,每組3個生物學重復 (n≥3);Plt;0.05 表示差異顯著(用*表示),Plt;0.01 表示差異極顯著(用**表示),Plt;0.001 表示差異極顯著(用***表示),Pgt;0.05時表示無顯著性差異;結果使用GraphPad Prism 7.0軟件進行作圖,數據表示為“平均值±標準誤 (mean±SEM)”。
2 結 果
2.1 G3BP1基因突變位點的篩選
本研究前期通過全基因組關聯分析鑒定到與固始雞IMF沉積相關的候選基因G3BP 為了初步篩查G3BP1基因中的SNPs位點,首先利用300只固始雞F 2資源群的DNA混合樣品進行了PCR產物測序,共篩選到8個突變位點,所在基因上的位置如圖1A所示。此外,為了進一步鑒定G3BP1基因中的SNPs位點信息,又利用721只固始雞F 2資源群的DNA檢測,發現3個SNPs 位點在該群體中的突變頻率較高(超過10%),突變位點的測序圖譜如圖1B所示。
2.2 G3BP1基因突變位點多態性與連鎖不平衡分析
本研究對G3BP1基因的3個SNPs(13588667Ggt;A、13588768Cgt;A和13588930Cgt;T)進行基因型頻率統計,結果如表2所示,3個SNPs位點的雜合度均大于0. 說明該群體具有良好的遺傳多樣性。利用HaploView軟件進行連鎖不平衡分析,結果如圖2所示,3個SNPs位點具有強相關關系(r2 gt;0.95)。
2.3 G3BP1基因變異位點與固始雞F2資源群主要肉質性狀關聯分析
選定強連鎖位點中具有代表性的13588667Ggt;A多態位點與肉質性狀進行關聯分析,結果顯示,該位點不同基因型與雞的皮脂、皮脂率和肌內脂肪顯著相關(Plt;0.05),AA基因型個體的皮脂、皮脂率和肌內脂肪值均小于GG基因型和GA基因型(表3),GA基因型的皮脂、皮脂率均顯著高于GG基因型(Plt;0.05)。
2.4 G3BP1對雞肌內前脂肪細胞增殖的影響
首先用油紅O染色法鑒定細胞的純度,發現分離的肌內前脂肪細胞純度較高(圖3A),可用作后續試驗。在肌內前脂肪細胞增殖期分別將過表達載體pcDNA3.1-G3BP1和對照空載pcDNA3.1轉染到細胞中,與對照組相比,過表達組的G3BP1表達水
平極顯著增加(Plt;0.001)(圖3B),表明G3BP1基因過表達成功。為了研究G3BP1在肌內前脂肪細胞增殖中的作用,通過在肌內前脂肪細胞增殖中過表達G3BP 檢測增殖標志基因的變化,結果發現增殖標志基因CDK1、CCNB2、PCNA和CCND1表達量均極顯著升高(Plt;0.001)(圖3C)。通過CCK-8檢測G3BP1對細胞增殖活力的影響,結果發現過表達G3BP1后24 h的細胞活力顯著升高(Plt;0.05)(圖3D)。此外,流式細胞術檢測發現過表達G3BP1后,G1/G0期細胞極顯著降低(Plt;0.01),S期細胞極顯著增多(Plt;0.01)(圖3E-G),說明 G3BP1促進了肌內前脂肪細胞的周期進程。以上結果均表明G3BP1可以促進肌內前脂肪細胞的增殖。
2.5 G3BP1對雞肌內前脂肪細胞分化的影響
為了檢測G3BP1基因對肌內前脂肪細胞分化的影響,在肌內前脂肪細胞過表達 G3BP1后,發現分化標志基因LPL顯著升高(Plt;0.05),CEBPA極顯著升高(Plt;0.001),FABP4、FABP5、FASN和PPARγ有升高趨勢,但是變化不顯著(圖4A)。過表達G3BP1后肌內前脂肪細胞中的甘油三酯(TG)含量極顯著上升(Plt;0.01)(圖4B)。此外,過表達G3BP1極顯著增加了肌內前脂肪細胞中的脂滴生成(Plt;0.01)(圖4C-E)。
3 討 論
肌內脂肪含量的適度增加可以顯著提升肉類的感官特性,已成為畜禽肉品質改良的關鍵目標之一[25-27]。分子育種加速了動物育種的速度,通過全基因組關聯分析能夠篩選出影響重要經濟性狀的分子標記,為分子育種提供理論基礎[28]。利用IMF性狀相關基因的分子標記進行選育,有望實現對IMF含量的精準調控[29]。本課題組前期通過全基因組關聯分析鑒定到與固始雞IMF沉積相關的候選基因G3BP1[11-12],為了鑒定相關的分子標記,本研究檢測了G3BP1基因的遺傳變異位點,結果鑒定到3個SNPs位點存在強連鎖關系(r2 gt;0.95),有研究表明,在遺傳學研究中,r2與關聯分析的效力密切相關,當幾個SNPs處在連鎖不平衡狀態,那么這種變異可能會比單個位點更有價值和效能[30-31]。在鑒定到的3個緊密連鎖的位點中,選取了位點13588667Ggt;A進行深入研究。基于測序數據,對該位點進行了關聯性分析,結果表明該位點的不同基因型與雞的皮脂含量、皮脂率以及肌內脂肪含量顯著相關(Plt;0.05),攜帶AA基因型的個體在皮脂、皮脂率和肌內脂肪含量上均低于GG和GA基因型的個體,這表明GG和GA基因型是較為優良的基因型。因此,該位點有望作為一個有效的分子標記,可能實現對肌內脂肪含量的精準調控。
前脂肪細胞的增殖與分化直接影響IMF的沉積,G3BP1可能在調控肌內前脂肪細胞的增殖與分化中起關鍵作用。細胞周期蛋白(如cyclins)和細胞周期依賴性激酶(CDKs)等的活性驅動前脂肪細胞進入增殖階段[32-33]。本研究檢測發現,G3BP1通過調控細胞周期相關基因(如CDK1、CCNB2、PCNA和CCND1)的表達,促進前脂肪細胞的增殖,且流式細胞術和CCK-8檢測結果同樣證實了G3BP1在肌內前脂肪細胞增殖中的促進作用。前脂肪細胞分化為成熟脂肪細胞是一個復雜的過程[34],涉及多個基因和信號通路的協同調控[35-36]。脂肪細胞數量的增加受信號因子誘導,部分信號因子可驅動間充質干細胞向前脂肪細胞轉化,進而分化為脂肪細胞[37-38]。本研究結果表明,G3BP1基因通過上調脂肪生成相關基因(如LPL和CEPBA)的表達,促進前脂肪細胞向成熟脂肪細胞轉化。此外,G3BP1基因還影響肌內前脂肪細胞甘油三酯的含量,促進脂滴在細胞內的形成和積累,這是成熟脂肪細胞的主要特征[39]。G3BP1能夠促進前脂肪細胞的增殖以及脂肪細胞的生成,這一機制在肥胖相關基因 (FTO) 的信號傳導途徑中也得到證實,FTO通過調控WNT/β-catenin通路中的相關因子,進一步增強了前脂肪細胞的增殖與脂肪細胞的生成[40]。因此,本研究明確了G3BP1在肌內前脂肪細胞增殖和脂肪細胞生成中的作用。
4 結 論
本研究明確了G3BP1基因13588667Ggt;A位點不同基因型與固始雞的皮脂、皮脂率和肌內脂肪顯著相關(Plt;0.05),該位點可以作為檢測肌內脂肪的一個重要分子標記,此外確定了G3BP1具有促進肌內前脂肪細胞增殖與脂肪細胞生成的作用。本研究為我國優質肉雞培育提供了重要的理論依據和應用價值。
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(編輯 郭云雁)