DNA甲基化在家禽繁殖性狀、肌肉發(fā)育過程、疾病等研究中的應(yīng)用
DNA甲基化作為一種重要的表觀遺傳修飾，參與動物細胞分化、胚胎發(fā)育、基因組印記和性染色體失活等生物學(xué)過程。隨著DNA甲基化測序變得越來越復(fù)雜，用它來解決更多的動物學(xué)問題成為可能。2023年11月5日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物遺傳育種與繁殖系聶慶華教授團隊在《J Anim Sci Biotechnol》（IF:7/1區(qū)）雜志發(fā)表綜述，綜述了DNA甲基化特征，重點介紹了DNA甲基化在家禽中的研究與應(yīng)用。
DNA甲基化已在家禽物種中廣泛應(yīng)用。例如，在肉雞的DNA甲基化圖譜中，基因組中有更多的低甲基化區(qū)域，且在基因啟動子區(qū)域分布最多的是CGIs（CpG島），表明CGIs甲基化和肌肉發(fā)育相關(guān)基因的低甲基性參與肉雞肌肉的快速發(fā)育。同時，MyH1 AS，一種存在于DMRs（差異甲基化區(qū)域）中的lncRNA（長鏈非編碼RNA），參與調(diào)節(jié)雞胚胎肌肉的發(fā)育。在骨骼肌衛(wèi)星細胞的DNA甲基化研究中，Wnt信號通路在KEGG數(shù)據(jù)庫和GO分析中顯著富集，且啟動子區(qū)甲基化狀態(tài)影響了Wnt5a、Wnt9a和TGFβ1基因的表達水平，表明Wnt和TGFβ信號的甲基化狀態(tài)是骨骼肌發(fā)育過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子。這些標記對了解家禽重要經(jīng)濟性狀的分子調(diào)控機制和遺傳表達機制，促進家禽遺傳育種具有重要意義。
隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，DNA甲基化表觀遺傳學(xué)研究已在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林等領(lǐng)域得到廣泛研究。基因組層面的大量研究增加了對畜禽重要經(jīng)濟性狀遺傳機制的理解，減少了養(yǎng)殖中疾病和遺傳缺陷的發(fā)生，為提高家禽的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益做出了重要貢獻（圖1）。通過對家禽DNA甲基化的相關(guān)研究內(nèi)容的回顧，我們進一步了解了DNA甲基化在家禽生產(chǎn)中的作用，這可能提供一定的理論依據(jù)。
DNA甲基化在家禽繁殖性狀中的應(yīng)用
Gallus Gallus(家雞)是世界上最重要的商業(yè)肉類來源，然而，關(guān)于雞表觀遺傳學(xué)的研究較少。雞遺傳資源保護的一個重要問題是抑制雞的近親繁殖。
目前常用的表觀遺傳學(xué)DNA甲基化研究測序方法包括MeDIP-Seq （甲基化DNA免疫沉淀測序）、MBD-Seq（甲基DNA結(jié)合域測序）和WGBS（全基因組DNA甲基化測序）。然而，很少有研究用這些測序方法對雞生殖相關(guān)組織進行測序。研究了DNA甲基化對雞繁殖性能的影響，并發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵的分子標記。對強近交系和弱近交系狼山雞（Langshan chicken）進行WGBS測序分析，分別在下丘腦和卵巢中鑒定出5948和4593個DMRs。大量DMG (DMR相關(guān)基因)在生殖相關(guān)通路中富集。一項結(jié)合WGBS和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的研究結(jié)果表明，SRD5A1和CDC27基因中的兩個DMRs可能是狼山雞近交系繁殖抑制的生物標志物(圖2a)。然而，對雞DNA甲基化機制和DNA甲基化景觀的分析表明，DNA甲基化的整體分布與哺乳動物相似，精子DNA表現(xiàn)出低甲基化，這與雞基因組中DNMT3L輔因子缺失相關(guān)。此外該研究提供了其在轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的動態(tài)調(diào)控，并將這些信息應(yīng)用于構(gòu)建雞DNA甲基化時鐘，可以準確預(yù)測肉仔雞的日齡 (圖2b)。在人類醫(yī)學(xué)和干細胞生物學(xué)中的一種重要新方法是體外產(chǎn)生生殖細胞。通過揭示單個基因的DNA甲基化模式，發(fā)現(xiàn)DNA甲基化精確調(diào)控的某些基因如AKT1和CTNNB1與癌癥和病毒感染相關(guān)，還揭示了用于鑒定雄性生殖細胞的雞特異性標記。重要的是，該研究探索了雄性生殖細胞分化的整合表觀遺傳機制(圖2c)。
圖2：DNA甲基化在家禽繁殖性狀中的應(yīng)用
DNA甲基化是連接基因和表型的紐帶，已被廣泛用于確定環(huán)境對家禽生長的影響。同時，DNA甲基化也在鴨子身上進行研究。
采用全基因組DNA甲基化檢測方法，研究紹興鴨繁育群體與保護群體DNA甲基化水平的差異。鑒定出35個差異甲基化基因，這些基因與生產(chǎn)性能密切相關(guān)。此外，與蛋殼質(zhì)量相關(guān)的ATP2B1和ATP2B2基因也被鑒定為差異甲基化，可作為未來改善蛋殼質(zhì)量的分子標志物。孵育溫度對胚胎發(fā)育也有長期影響，通過在胚胎期(ED) 1-10、ED10-20和ED20-27將孵育溫度從37.8ºC提高到38.8ºC，以研究其對DNA甲基化的影響。結(jié)果表明，甲基CpG結(jié)合域蛋白和DNA(胞嘧啶5)-甲基轉(zhuǎn)移酶可能參與鴨早期胚胎發(fā)育的熱成因調(diào)控（thermoe-pigenetic regulation)。
家禽肌肉發(fā)育過程中的DNA甲基化機制
肌內(nèi)脂肪(Intramuscular fat，IMF)是影響肉質(zhì)不可或缺的因素，受營養(yǎng)、環(huán)境和遺傳的調(diào)節(jié)。DNA甲基化在早期肌肉發(fā)育中起關(guān)鍵作用。通過建立肌內(nèi)脂肪細胞分化模型，有報道DNA甲基化通過調(diào)控COL6A1等基因影響IMF沉積，COL6A1調(diào)節(jié)肌內(nèi)脂肪細胞形成(圖3a)。在肌肉的早期發(fā)育過程中，DNA甲基化是一個不可忽視的重要因素。不同的研究發(fā)現(xiàn)，DMGs與肌動蛋白絲解聚、骨骼肌衛(wèi)星細胞增殖和肌肉器官發(fā)育顯著相關(guān)，而CFL2負調(diào)控雞骨骼肌衛(wèi)星細胞增殖并誘導(dǎo)細胞凋亡 (圖3b)。
圖4：DNA甲基化在家禽疾病發(fā)生中的作用
CD8 (Cluster of differentiation 8)作為T細胞受體的輔助受體（co-receptor），在細胞表面呈遞肽。CD8A轉(zhuǎn)錄由幾個順式和反式作用元件以及DNA甲基化調(diào)控。Xu等人研究了CD8A表達的DNA甲基化等表觀遺傳轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，發(fā)現(xiàn)鴨的CD8A mRNA水平與CD8A CpG總體甲基化狀態(tài)呈負相關(guān)，提示CD8A高甲基化可能與鴨CD8A高甲基化和DHV-1感染有關(guān)。
鐵蛋白重肽1 (Ferritin heavy polypeptide 1, FTH1)表達受多種病原體調(diào)控，但其調(diào)控機制仍不清楚。構(gòu)建鴨肝炎病毒(DHV-1)感染模型，檢測鴨感染DHV-1后FTH1 (duFTH1) mRNA的表達。采用亞硫酸鹽測序法(BSP)檢測duFTH1啟動子區(qū)DNA甲基化水平，揭示該區(qū)域表現(xiàn)出低甲基化，同時，duFTH1啟動子區(qū)存在影響該區(qū)域活性的突變，該突變改變了轉(zhuǎn)錄因子NRF1的結(jié)合位點。通過進一步分析驗證了FTH1啟動子與NRF1的結(jié)合情況。本研究為duFTH1表達通過啟動子多態(tài)性而不是DNA甲基化對DHV-1攻擊的影響提供了分子見解。
DNA甲基化如何影響家禽產(chǎn)蛋
產(chǎn)蛋是家禽的重要經(jīng)濟性狀。了解影響雞蛋生產(chǎn)的關(guān)鍵基因?qū)τN者來說具有重要意義。
已有研究表明，飼喂VC(維生素C)對11胚齡(E11)肉雞生產(chǎn)性能、免疫狀態(tài)和DNA甲基化相關(guān)基因表達的影響。結(jié)果表明，E11時VC的IOF（in ovo feeding，雞胚給養(yǎng)）改善了孵化后肉雞的生產(chǎn)性能和免疫狀態(tài)，并在一定程度上提高了肉雞的抗氧化能力。酶相關(guān)DNA甲基化和去甲基化的表達提示VC組脾臟DNA甲基化水平可能升高，但抗炎和促炎細胞因子的表達波動是否與DNA甲基化變化有關(guān)，還有待進一步研究。
此外，還研究了ZP2基因啟動子甲基化對靜海黃雞產(chǎn)蛋率的影響。通過構(gòu)建ZP2基因缺失啟動子載體，預(yù)測ZP2基因核心區(qū)位于-1,552~-1,348之間。ZP2基因啟動子區(qū)mC-20、mC-21位點甲基化與mRNA表達呈負相關(guān)(P<0.05)。這兩個位點均位于Sp1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，可能會抑制Sp1與DNA的結(jié)合，從而影響ZP2基因的轉(zhuǎn)錄和產(chǎn)蛋。
DNA甲基化對鵝肝的影響
鵝肝是一種很受歡迎的美食。它含有大量的不飽和脂肪酸，具有獨特的風味，深受世界各地消費者的喜愛。研究建立了對照組和過量喂養(yǎng)組，評估添加甜菜堿（betaine）對肝臟重量等指標的影響。結(jié)果表明，甜菜堿處理組鵝肝臟S14α mRNA表達水平高于對照組和過量飼喂組。使用亞硫酸鹽(包含33個CpG二核苷酸)對該區(qū)域(相對于轉(zhuǎn)錄起始位點，在+374~-8堿基對之間)的單個等位基因進行測序。研究結(jié)果，過量喂養(yǎng)組S14α轉(zhuǎn)錄本表達增高，33個CpG位點平均甲基化率為87.9%。對照組S14α基因表達明顯低于對照組(69.6%，P<0.01)。然而，甜菜堿處理組(82.6%)和過量喂養(yǎng)組(87.9%)鵝的轉(zhuǎn)錄起始位點甲基化水平?jīng)]有顯著變化。這些結(jié)果表明，添加甜菜堿后，S14α基因轉(zhuǎn)錄起始位點的DNA甲基化模式可能不依賴于S14α轉(zhuǎn)錄本表達。
C/EBP-β是肝臟脂質(zhì)代謝平衡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一。為進一步了解C/EBP-β對鵝肝臟脂質(zhì)蓄積的影響，很少有研究克隆C/EBP-β的DNA。結(jié)果表明，甜菜堿不直接調(diào)控鵝體內(nèi)C/EBP-β基因的甲基化，但降低了C/EBP-β基因表達。這些數(shù)據(jù)可為進一步研究C/EBP-β調(diào)節(jié)鵝肝脂肪代謝機制以及甜菜堿對脂肪代謝基因分子水平的影響奠定基礎(chǔ)。
限制飲食蛋氨酸會影響生長性能和氨基酸代謝。用甜菜堿補充甲基供體可以防止這種干擾。研究飼糧中添加蛋氨酸和甜菜堿對蛋氨酸缺乏的鵝生長性能、表觀遺傳機制和轉(zhuǎn)錄組基因表達的影響。結(jié)果表明，飼糧中添加甜菜堿和蛋氨酸改變了鵝肝臟LOC106032502的DNA甲基化水平，影響了鵝的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
結(jié)論
本文主要對DNA甲基化在家禽的繁殖性狀、肌肉和脂肪發(fā)育、疾病、產(chǎn)蛋等方面的影響進行綜述。并介紹了一些重要的DNA甲基化標記物。DNA甲基化在家禽的生長、發(fā)育、環(huán)境和營養(yǎng)等多個方面發(fā)揮著重要作用。DNA甲基化通過調(diào)控基因表達影響真核細胞的發(fā)育和分化。大量研究利用DNA甲基化作為疾病鑒定和診斷的生物標志物、動物生長性狀標志物、酮體性狀標志物等(表1)。
表1：家禽DNA甲基化的主要標志物
但從現(xiàn)有的研究來看，鴨和鵝相關(guān)的DNA甲基化研究較少，而對雞的研究較多。由于DNA甲基化的動態(tài)性和相對不穩(wěn)定性等，目前的研究仍面臨許多挑戰(zhàn)，如某些疾病和動物組織樣本的獲得。因此很難建立穩(wěn)定的DNA甲基化參考模型。隨著DNA全基因組甲基化生物信息數(shù)據(jù)庫的建立和DNA甲基化檢測技術(shù)的發(fā)展，對家禽DNA甲基化的研究將越來越全面，更多的DNA甲基化標志物將被發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，這些問題也將逐步得到解決。
背景介紹（Introduction）
分子遺傳標記技術(shù)的成熟使畜禽數(shù)量性狀圖譜穩(wěn)健、系統(tǒng)和完善，為畜禽改良提供了新的手段。DNA甲基化是一種應(yīng)用廣泛的表觀遺傳學(xué)修飾。DNA甲基化導(dǎo)致某些基因活性抑制，而去甲基化則誘導(dǎo)基因重新激活和表達。在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化作用下，DNA中CG的兩個核苷酸被選擇性地添加甲基，形成5mC，其主要出現(xiàn)在5'-CG-3'基因序列中。大多數(shù)脊椎動物基因組DNA含有少量甲基化C，主要分布在基因5'端的非編碼區(qū)，并以簇的形式存在。DNA甲基化已在家禽物種中廣泛應(yīng)用。例如，在肉雞的DNA甲基化圖譜中，基因組中有更多的低甲基化區(qū)域，且在基因啟動子區(qū)域分布最多的是CGIs（CpG島），表明CGIs甲基化和肌肉發(fā)育相關(guān)基因的低甲基性參與肉雞肌肉的快速發(fā)育。同時，MyH1 AS，一種存在于DMRs（差異甲基化區(qū)域）中的lncRNA（長鏈非編碼RNA），參與調(diào)節(jié)雞胚胎肌肉的發(fā)育。在骨骼肌衛(wèi)星細胞的DNA甲基化研究中，Wnt信號通路在KEGG數(shù)據(jù)庫和GO分析中顯著富集，且啟動子區(qū)甲基化狀態(tài)影響了Wnt5a、Wnt9a和TGFβ1基因的表達水平，表明Wnt和TGFβ信號的甲基化狀態(tài)是骨骼肌發(fā)育過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子。這些標記對了解家禽重要經(jīng)濟性狀的分子調(diào)控機制和遺傳表達機制，促進家禽遺傳育種具有重要意義。
隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，DNA甲基化表觀遺傳學(xué)研究已在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林等領(lǐng)域得到廣泛研究。基因組層面的大量研究增加了對畜禽重要經(jīng)濟性狀遺傳機制的理解，減少了養(yǎng)殖中疾病和遺傳缺陷的發(fā)生，為提高家禽的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益做出了重要貢獻（圖1）。通過對家禽DNA甲基化的相關(guān)研究內(nèi)容的回顧，我們進一步了解了DNA甲基化在家禽生產(chǎn)中的作用，這可能提供一定的理論依據(jù)。
圖1：家禽表觀遺傳機制概述
DNA甲基化在家禽繁殖性狀中的應(yīng)用
Gallus Gallus(家雞)是世界上最重要的商業(yè)肉類來源，然而，關(guān)于雞表觀遺傳學(xué)的研究較少。雞遺傳資源保護的一個重要問題是抑制雞的近親繁殖。
目前常用的表觀遺傳學(xué)DNA甲基化研究測序方法包括MeDIP-Seq （甲基化DNA免疫沉淀測序）、MBD-Seq（甲基DNA結(jié)合域測序）和WGBS（全基因組DNA甲基化測序）。然而，很少有研究用這些測序方法對雞生殖相關(guān)組織進行測序。研究了DNA甲基化對雞繁殖性能的影響，并發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵的分子標記。對強近交系和弱近交系狼山雞（Langshan chicken）進行WGBS測序分析，分別在下丘腦和卵巢中鑒定出5948和4593個DMRs。大量DMG (DMR相關(guān)基因)在生殖相關(guān)通路中富集。一項結(jié)合WGBS和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的研究結(jié)果表明，SRD5A1和CDC27基因中的兩個DMRs可能是狼山雞近交系繁殖抑制的生物標志物(圖2a)。然而，對雞DNA甲基化機制和DNA甲基化景觀的分析表明，DNA甲基化的整體分布與哺乳動物相似，精子DNA表現(xiàn)出低甲基化，這與雞基因組中DNMT3L輔因子缺失相關(guān)。此外該研究提供了其在轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的動態(tài)調(diào)控，并將這些信息應(yīng)用于構(gòu)建雞DNA甲基化時鐘，可以準確預(yù)測肉仔雞的日齡 (圖2b)。在人類醫(yī)學(xué)和干細胞生物學(xué)中的一種重要新方法是體外產(chǎn)生生殖細胞。通過揭示單個基因的DNA甲基化模式，發(fā)現(xiàn)DNA甲基化精確調(diào)控的某些基因如AKT1和CTNNB1與癌癥和病毒感染相關(guān)，還揭示了用于鑒定雄性生殖細胞的雞特異性標記。重要的是，該研究探索了雄性生殖細胞分化的整合表觀遺傳機制(圖2c)。
圖2：DNA甲基化在家禽繁殖性狀中的應(yīng)用
- 通過對強近交系雞的下丘腦和卵巢的DNA甲基化分析，在DMRs區(qū)域鑒定出可能抑制朗山雞近交系的標記基因SRD5A1和CDC27。
- 雖然DNA甲基化的整體分布與哺乳動物相似，但精子DNA表現(xiàn)出低甲基化，這與雞基因組中DNMT3L輔因子的缺失有關(guān)。建立了基于LMR分析的DNA甲基化時鐘，用于肉雞日齡預(yù)測。
- 雞生殖細胞的全基因組DNA甲基化圖譜。通過揭示單個基因的DNA甲基化模式，發(fā)現(xiàn)一些被DNA甲基化精確調(diào)控的基因與癌癥和病毒感染相關(guān)，如AKT1和CTNNB1
DNA甲基化是連接基因和表型的紐帶，已被廣泛用于確定環(huán)境對家禽生長的影響。同時，DNA甲基化也在鴨子身上進行研究。
采用全基因組DNA甲基化檢測方法，研究紹興鴨繁育群體與保護群體DNA甲基化水平的差異。鑒定出35個差異甲基化基因，這些基因與生產(chǎn)性能密切相關(guān)。此外，與蛋殼質(zhì)量相關(guān)的ATP2B1和ATP2B2基因也被鑒定為差異甲基化，可作為未來改善蛋殼質(zhì)量的分子標志物。孵育溫度對胚胎發(fā)育也有長期影響，通過在胚胎期(ED) 1-10、ED10-20和ED20-27將孵育溫度從37.8ºC提高到38.8ºC，以研究其對DNA甲基化的影響。結(jié)果表明，甲基CpG結(jié)合域蛋白和DNA(胞嘧啶5)-甲基轉(zhuǎn)移酶可能參與鴨早期胚胎發(fā)育的熱成因調(diào)控（thermoe-pigenetic regulation)。
家禽肌肉發(fā)育過程中的DNA甲基化機制
肌內(nèi)脂肪(Intramuscular fat，IMF)是影響肉質(zhì)不可或缺的因素，受營養(yǎng)、環(huán)境和遺傳的調(diào)節(jié)。DNA甲基化在早期肌肉發(fā)育中起關(guān)鍵作用。通過建立肌內(nèi)脂肪細胞分化模型，有報道DNA甲基化通過調(diào)控COL6A1等基因影響IMF沉積，COL6A1調(diào)節(jié)肌內(nèi)脂肪細胞形成(圖3a)。在肌肉的早期發(fā)育過程中，DNA甲基化是一個不可忽視的重要因素。不同的研究發(fā)現(xiàn)，DMGs與肌動蛋白絲解聚、骨骼肌衛(wèi)星細胞增殖和肌肉器官發(fā)育顯著相關(guān)，而CFL2負調(diào)控雞骨骼肌衛(wèi)星細胞增殖并誘導(dǎo)細胞凋亡 (圖3b)。
圖3：DNA甲基化在家禽肌肉和脂肪發(fā)育中的作用機制
- DNA甲基化通過調(diào)控膠原、VI型和α1（COL6A1）等基因調(diào)控肌內(nèi)脂肪形成，從而影響IMF沉積。
- 體外實驗表明CFL2負調(diào)控雞骨骼肌衛(wèi)星細胞增殖并誘導(dǎo)細胞凋亡
DNA甲基化在家禽疾病發(fā)生中的作用
禽白細胞病病毒J亞組(Avian leukosis virus subgroup J, ALV-J)和腸炎沙門菌(沙門菌seroovar Enteritidis, SE)可通過影響家禽生產(chǎn)造成家禽行業(yè)嚴重的經(jīng)濟損失，并對公共衛(wèi)生造成嚴重威脅。越來越多的疾病被證明與DNA甲基化變化相關(guān)。通過MeDIP-seq和RNA-seq測序研究，生成了ALV-J陽性和陰性雞樣本的全基因組基因表達和DNA甲基化圖譜。通過整合分析篩選出6個候選基因，以鑒定啟動子區(qū)域甲基化差異的ALV-J陰性雞(圖4a)。分析雞SE反應(yīng)的全基因組DNA甲基化譜，揭示甲基化在雞SE反應(yīng)中的調(diào)控機制。接種SE可促進雞盲腸DNA甲基化，引起免疫和代謝相關(guān)基因甲基化變化。包括miRNA和HOX基因家族在內(nèi)的Wnt信號通路可能在雞接種過程中的SE甲基化調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用(圖4b)。
圖4：DNA甲基化在家禽疾病發(fā)生中的作用
- 通過MeDIP-seq分析鑒定ALV-J陽性和陰性雞樣本的DMRs，RNA-seq分析鑒定ALV-J陽性和陰性雞樣本的DEGs，提示TGFB2可能是識別ALV-J感染的指標。
- 接種SE可促進雞盲腸DNA甲基化，引起免疫和代謝相關(guān)基因甲基化變化。Wnt信號通路、miRNA和HOX基因家族可能在雞接種過程中SE甲基化調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
CD8 (Cluster of differentiation 8)作為T細胞受體的輔助受體（co-receptor），在細胞表面呈遞肽。CD8A轉(zhuǎn)錄由幾個順式和反式作用元件以及DNA甲基化調(diào)控。Xu等人研究了CD8A表達的DNA甲基化等表觀遺傳轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，發(fā)現(xiàn)鴨的CD8A mRNA水平與CD8A CpG總體甲基化狀態(tài)呈負相關(guān)，提示CD8A高甲基化可能與鴨CD8A高甲基化和DHV-1感染有關(guān)。
鐵蛋白重肽1 (Ferritin heavy polypeptide 1, FTH1)表達受多種病原體調(diào)控，但其調(diào)控機制仍不清楚。構(gòu)建鴨肝炎病毒(DHV-1)感染模型，檢測鴨感染DHV-1后FTH1 (duFTH1) mRNA的表達。采用亞硫酸鹽測序法(BSP)檢測duFTH1啟動子區(qū)DNA甲基化水平，揭示該區(qū)域表現(xiàn)出低甲基化，同時，duFTH1啟動子區(qū)存在影響該區(qū)域活性的突變，該突變改變了轉(zhuǎn)錄因子NRF1的結(jié)合位點。通過進一步分析驗證了FTH1啟動子與NRF1的結(jié)合情況。本研究為duFTH1表達通過啟動子多態(tài)性而不是DNA甲基化對DHV-1攻擊的影響提供了分子見解。
DNA甲基化如何影響家禽產(chǎn)蛋
產(chǎn)蛋是家禽的重要經(jīng)濟性狀。了解影響雞蛋生產(chǎn)的關(guān)鍵基因?qū)τN者來說具有重要意義。
已有研究表明，飼喂VC(維生素C)對11胚齡(E11)肉雞生產(chǎn)性能、免疫狀態(tài)和DNA甲基化相關(guān)基因表達的影響。結(jié)果表明，E11時VC的IOF（in ovo feeding，雞胚給養(yǎng)）改善了孵化后肉雞的生產(chǎn)性能和免疫狀態(tài)，并在一定程度上提高了肉雞的抗氧化能力。酶相關(guān)DNA甲基化和去甲基化的表達提示VC組脾臟DNA甲基化水平可能升高，但抗炎和促炎細胞因子的表達波動是否與DNA甲基化變化有關(guān)，還有待進一步研究。
此外，還研究了ZP2基因啟動子甲基化對靜海黃雞產(chǎn)蛋率的影響。通過構(gòu)建ZP2基因缺失啟動子載體，預(yù)測ZP2基因核心區(qū)位于-1,552~-1,348之間。ZP2基因啟動子區(qū)mC-20、mC-21位點甲基化與mRNA表達呈負相關(guān)(P<0.05)。這兩個位點均位于Sp1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，可能會抑制Sp1與DNA的結(jié)合，從而影響ZP2基因的轉(zhuǎn)錄和產(chǎn)蛋。
DNA甲基化對鵝肝的影響
鵝肝是一種很受歡迎的美食。它含有大量的不飽和脂肪酸，具有獨特的風味，深受世界各地消費者的喜愛。研究建立了對照組和過量喂養(yǎng)組，評估添加甜菜堿（betaine）對肝臟重量等指標的影響。結(jié)果表明，甜菜堿處理組鵝肝臟S14α mRNA表達水平高于對照組和過量飼喂組。使用亞硫酸鹽(包含33個CpG二核苷酸)對該區(qū)域(相對于轉(zhuǎn)錄起始位點，在+374~-8堿基對之間)的單個等位基因進行測序。研究結(jié)果，過量喂養(yǎng)組S14α轉(zhuǎn)錄本表達增高，33個CpG位點平均甲基化率為87.9%。對照組S14α基因表達明顯低于對照組(69.6%，P<0.01)。然而，甜菜堿處理組(82.6%)和過量喂養(yǎng)組(87.9%)鵝的轉(zhuǎn)錄起始位點甲基化水平?jīng)]有顯著變化。這些結(jié)果表明，添加甜菜堿后，S14α基因轉(zhuǎn)錄起始位點的DNA甲基化模式可能不依賴于S14α轉(zhuǎn)錄本表達。
C/EBP-β是肝臟脂質(zhì)代謝平衡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一。為進一步了解C/EBP-β對鵝肝臟脂質(zhì)蓄積的影響，很少有研究克隆C/EBP-β的DNA。結(jié)果表明，甜菜堿不直接調(diào)控鵝體內(nèi)C/EBP-β基因的甲基化，但降低了C/EBP-β基因表達。這些數(shù)據(jù)可為進一步研究C/EBP-β調(diào)節(jié)鵝肝脂肪代謝機制以及甜菜堿對脂肪代謝基因分子水平的影響奠定基礎(chǔ)。
限制飲食蛋氨酸會影響生長性能和氨基酸代謝。用甜菜堿補充甲基供體可以防止這種干擾。研究飼糧中添加蛋氨酸和甜菜堿對蛋氨酸缺乏的鵝生長性能、表觀遺傳機制和轉(zhuǎn)錄組基因表達的影響。結(jié)果表明，飼糧中添加甜菜堿和蛋氨酸改變了鵝肝臟LOC106032502的DNA甲基化水平，影響了鵝的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
結(jié)論
本文主要對DNA甲基化在家禽的繁殖性狀、肌肉和脂肪發(fā)育、疾病、產(chǎn)蛋等方面的影響進行綜述。并介紹了一些重要的DNA甲基化標記物。DNA甲基化在家禽的生長、發(fā)育、環(huán)境和營養(yǎng)等多個方面發(fā)揮著重要作用。DNA甲基化通過調(diào)控基因表達影響真核細胞的發(fā)育和分化。大量研究利用DNA甲基化作為疾病鑒定和診斷的生物標志物、動物生長性狀標志物、酮體性狀標志物等(表1)。
表1：家禽DNA甲基化的主要標志物
但從現(xiàn)有的研究來看，鴨和鵝相關(guān)的DNA甲基化研究較少，而對雞的研究較多。由于DNA甲基化的動態(tài)性和相對不穩(wěn)定性等，目前的研究仍面臨許多挑戰(zhàn)，如某些疾病和動物組織樣本的獲得。因此很難建立穩(wěn)定的DNA甲基化參考模型。隨著DNA全基因組甲基化生物信息數(shù)據(jù)庫的建立和DNA甲基化檢測技術(shù)的發(fā)展，對家禽DNA甲基化的研究將越來越全面，更多的DNA甲基化標志物將被發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，這些問題也將逐步得到解決。
標簽：
DNA甲基化
- MeRIP-seq等揭示m6A甲基化及調(diào)控因子在食管胃結(jié)合部腺癌中的作用
- 單細胞甲基化多組學(xué)分析揭示哺乳期母體低蛋白飲食對子代的跨代傳遞
- WGBS在揭示主動DNA去甲基化缺失植物的DNA甲基化跨代增加中的應(yīng)用
- SNP分型常見問題及解決方案
- ACE等揭示產(chǎn)前不良環(huán)境暴露通過DNA羥甲基化變化介導(dǎo)子代自閉癥
- 文獻解讀：DNA甲基化保護早期胚胎線粒體基因組穩(wěn)定性
- 血液Target-BS揭示靶向DNA甲基化標記水平與患者乳腺癌風險相關(guān)
- 多組學(xué)測序分析揭示m5C甲基化上調(diào)E2F1表達以促進卵巢癌腫瘤進展
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