鸡早期性腺发育相关DNA甲基化区域的鉴定及其对基因表达的调控分析

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinxi_2009
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DNA甲基化在鱼类、哺乳动物等脊椎动物的性别决定与性分化中起着关键作用。但在鸡性腺发育中DNA甲基化的研究极少,且大部分研究集中于雄性高甲基化区域(malehypermethylated,MHM)。目前还未有在鸡早期性腺进行全基因组DNA甲基化的分析,尚不清楚是否存在性腺组织特异性差异甲基化区域(differentially methylated region,DMR)对性别决定与性分化有调控作用。因此本研究选取胚胎期6天和10天的鸡性腺组织,采用全基因组亚硫酸盐测序(whole-genome bisulfite sequencing,WGBS)和转录组测序(RNA-seq)相结合的方法,探讨DNA甲基化对性腺发育相关基因的性别差异表达的调控关系,并重点在组织和细胞水平分析DNA甲基化对lncRNA的表达调控,为揭示鸡早期性腺发育的表观遗传机制提供基础。本研究获得的研究结果如下:1.通过WGBS技术构建了鸡早期性腺全基因组DNA甲基化图谱,并揭示了其DNA甲基化模式:鸡胚性腺组织DNA在全基因组范围内有3.5%左右的C位点发生甲基化,其中CG序列环境下甲基化率为53-60%,而CHG和CHH序列环境下甲基化率只有0.13-0.18%,mCG序列环境为最主要的甲基化方式。2.对DNA甲基化组进行主成分分析和聚类分析,结果表明在胚胎期6天(E6)时期雌雄之间DNA甲基化模式较为相似,胚胎期10天(E10)时期雌雄之间甲基化差异较大,E6和E10时期甲基化模式差异较大。在E6时期雌雄间分别发现1073个DMR(CG序列环境),其中有93个位于启动子区,120个位于外显子区,518个位于内含子区;在E10时期雌雄间分别发现1284个DMR(CG序列环境),其中有124个位于启动子区,167个位于外显子区,714个位于内含子区。在E6和E10时期,雌雄间甲基化水平差异大于30%的DMR主要分布在Z染色体和第1、2号染色体。在E6时期,雌雄差异甲基化基因主要富集于磷酸化、大分子修饰、蛋白磷酸化、转移酶活性等生物过程。在E10时期,雌雄差异甲基化基因主要富集于代谢过程调节、转录调控、细胞代谢调控、发育过程、大分子代谢调控、细胞生物合成的调控、序列特异性DNA结合、转录因子活性等生物过程。3.采用BSP和qRT-PCR法对三个启动子差异甲基化且差异表达的长链非编码基因(ENSGALG00000051419、ENSGALG00000050012和ENSGALG00000045887)进行验证,验证结果与测序结果相符,且它们在大脑和肌肉组织中的DNA甲基化及表达水平的性别差异情况与性腺组织中一致。另外,在芳香化酶抑制剂(aromatase inhibitor,AI)处理的性反转鸡胚性腺中,ENSGALG00000051419 和 ENSGALG00000050012基因启动子区甲基化与雌性一致,而ENSGALG00000045887基因启动子区甲基化水平出现了升高;三个候选基因表达量均相较于雌性有显著下降,但表达量显著高于雄性。4.使用甲基转移酶抑制剂5-Aza-CdR处理DF-1细胞,使DNA甲基化水平整体下降,定量PCR结果显示三个候选lncRNA的表达水平与对照组相比显著上升,这表明它们的基因表达调控受到DNA甲基化的影响。5.构建了候选基因 ENSGALG00000051419 和 ENSGALG0000 0050012 启动子区的截短载体,并通过DF-1细胞和鸡原代性腺细胞中的双荧光报告基因实验找到区域可能存在转录因子结合位点对候选基因的转录激活起着重要调控作用。使用JASPAR软件预测活性核心启动子区段内可能受DNA甲基化影响的转录因子,发现了YY1、NRF1、ZEB1、Lhx8、E2F1等转录因子结合位点序列存在差异DNA甲基化。基于对鸡早期性腺进行全基因组DNA甲基化的分析结果,我们发现性别间存在DNA甲基化动态差异,并且可能在性分化相关基因的调控中起重要作用。另外用性反转模型和去甲基化处理对MHM区域进行研究的结果表明,MHM区域可能参与鸡的细胞自主性别识别过程。
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