牛精子发生过程中甲基化分析及干细胞向精子诱导分化的研究

发布时间：2020-07-01 01:18

【摘要】：研究牛精子发生过程中的DNA甲基化,寻找与精子发生相关的基因,结合干细胞的体外培养与诱导,建立体外诱导干细胞分化形成功能性生殖细胞的完整体系,从而推进畜禽遗传育种、品种改良以及转基因品种的培育。精子发生包括有丝分裂、减数分裂和精子形成三个阶段,该过程中DNA甲基化起重要作用。DNA甲基化的正常表达调控精子的正确发生,而其异常表达则造成精子功能的异常。本研究通过激光显微切割技术获取牛精子发生过程中四种不同类型的细胞,研究精子发生过程中DNA甲基化的变化,筛选功能性基因;在体外成功分离培养和鉴定牛睾丸间充质干细胞,并使用维甲酸(Retinoic Acid,RA)诱导其向减数分裂前期分化,旨在鉴定体外诱导牛睾丸间充质干细胞向生殖细胞分化的可行性。通过激光显微切割系统,成功获取精原干细胞、初级精母细胞、圆形精子细胞和长形精子细胞,进行单细胞全基因组甲基化测序分析。研究结果表明,精子发生过程中DNA甲基化水平呈动态变化:精原干细胞到初级精母细胞呈高甲基化趋势;初级精母细胞到圆形精子细胞则是高甲基化与低甲基化交叉出现;圆形精子细胞到长形精子细胞则再次表现出高甲基化状态,揭示DNA甲基化对精子发生过程具有调控作用。差异甲基化区域(Differentially methylated regions,DMR)相关基因筛选发现,DNA水平差异最明显的初级精母细胞与精原干细胞组中存在16134个差异基因,圆形精子细胞与初级精母细胞对比组中存在91个DMR相关基因;长形精子细胞与圆形精子细胞对比组中存在97个DMR相关基因。其中,初级精母细胞与精原干细胞组存在多种泛素-蛋白连接酶相关基因(TRI11、SH3R1、ZNRF1、MARH8)和组蛋白-赖氨酸-甲基转移酶相关的基因(KMT2C、EHMT1、SMYD3、NSD3),表明在精子发生过程中泛素-蛋白连接酶可能发挥重要作用,且DNA甲基化与组蛋白修饰保持密切联系。DMR相关基因KEGG分析表明,初级精母细胞与精原干细胞对比组间,Rap1信号通路在调节生殖细胞-支持细胞粘附中具有重要作用,可能是精子发生过程中重要的信号通路。体外成功分离培养牛睾丸间充质干细胞,RT-PCR鉴定该细胞表达CD105、CD166,流式细胞分析鉴定该细胞表达CD44、CD90、CD166且阳性率均在98%以上;克隆形成能力鉴定表明该细胞在体外具备自我更新的潜能;成功诱导为脂肪细胞和成骨细胞,表明该细胞在体外具备多向分化潜能;并使用RA诱导该细胞进入减数分裂阶段。因此可以选取牛睾丸间充质干细胞为研究对象,结合筛选获取的差异基因,在体外研究其向生殖细胞的诱导分化,为建立完整的体外诱导干细胞分化形成生殖细胞奠定基础。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S823
【图文】：

学位论文 过程 (Ehmcke et al., 2005)。中涉及两次连续的减数分裂：第一次减数分裂完成后，形成次级后，形成单倍体圆形精子细胞 (Soh et al., 2017)。单倍体圆形精态发育形成不同长度的精子细胞和成熟的精子 (Western et al., 20，细胞核极化至细胞的一侧，形成精子的头部形状，同时鞭毛形ll, 2015)。小鼠精子发生在每个睾丸内的生精小管中，图 1.1 展示分化为精子与支持细胞的密切营养和结构有着极为重要的关系，细胞之间以及支持细胞和生殖细胞之间所需的蛋白质复合物017)。

图 1.2 小鼠睾丸曲细精管截面图 (Borg et al., 2010)e 1.2 Cross-stional view of the seminiferous tubule of the mouse testis (Borg et al生过程中的 DNA 甲基化过程中的 DNA 甲基化化是哺乳动物重要的表观遗传标记，这种标记的正确分布依赖于 D维护机制 (Laisne et al., 2018)。DNA 甲基化转移酶 1（Dnmt1）置为精原细胞，而 DNA 甲基化转移酶 3a（Dnmt3a）以及 DNA 表达于精母细胞和圆形精子细胞 (徐晨等, 2014)。研究表明，从移酶 1（Dnmt1）的表达终止 (Sakai et al., 2001)，而 Dnmt1 的表达成后再次达到最高水平，表明 Dnmt1 在精子发生过程中 DNA 甲006)。Dnmt1 的缺失不能维持已获得的 DNA 甲基化水平，导致整的错误表达，造成精原细胞的凋亡及早期胚胎死亡 (Li et al., 199 或者 Dnmt3b 的胚胎中，该胚胎不再具备从头甲基化的能力，结1; Okano et al., 1999)。精子发生过程中，与其他位置的体细胞相甲基化状态，睾丸 DNA 甲基化的状态非常明显，相当于八倍体

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨万喜;十足类甲壳动物精子发生过程中细胞器变化及作用研究进展[J];东海海洋;1998年04期

2 胡欧明,钟金城,蔡立,陈智华,江明峰,王正明;犏牛精子发生水平的研究[J];西南民族学院学报(自然科学版);1999年01期

3 孙雪敏;精子特异酶在生殖毒理研究中的应用[J];职业医学;1988年04期

4 周继铭,苏芹;杀精子外用避孕中草药的研究[J];中成药;1988年11期

5 美甘和哉 ,上口勇次郎 ,梅谊;人精子的染色体研究——Ⅱ.自然发生及放射线诱发的精子染色体异常[J];国外医学.遗传学分册;1988年01期

6 钱义;吸烟对精子的影响[J];生殖与避孕;1988年01期

7 林加涵;汪德耀;陈细法;倪子绵;;文昌鱼精子发生过程中高尔基体和线粒体的演变规律电镜观察[J];电子显微学报;1988年03期

8 许孝仪;;有害因素对动物生殖系统的影响[J];上海实验动物科学;1988年01期

9 高惠宝;江鱼;;干扰附睾功能进行男性节育可能性的研究[J];男性学杂志;1988年01期

10 Alexander NJ;Anderson DJ;古伟文;;精液免疫[J];国外医学(计划生育分册);1988年01期

相关会议论文 前10条

1 桂耀庭;唐爱发;余振东;张立兵;张键荣;李贤新;蔡志明;;精子发生相关基因的筛选和功能研究[A];中国生理学会2007年消化内分泌生殖学术研讨会论文摘要汇编[C];2007年

2 桂耀庭;唐爱发;余振东;郭新;龙云;李贤新;周锦堂;朱辉;叶炯贤;蔡志明;;精子发生相关基因的筛选与鉴定[A];中华医学会第八次全国男科学学术会议论文集[C];2007年

3 桂耀庭;唐爱发;余振东;张立兵;张键荣;李贤新;蔡志明;;精子发生相关基因的筛选和功能研究[A];第一届中华医学会生殖医学分会、中国动物学会生殖生物学分会联合年会论文汇编[C];2007年

4 王晖;周作民;徐珉;李建民;沙家豪;;人精子中精子发生相关基因谱系的构建及初步临床应用[A];江苏省遗传学会第七届代表大会暨学术研讨会论文摘要汇编[C];2006年

5 王晖;徐珉;李建民;肖俊华;许志洋;周作民;沙家豪;;人精子发生相关基因精子表达谱系的建立及初步临床应用[A];第九次全国生殖生物学学术研讨会论文摘要集[C];2003年

6 贾孟春;;精子发生及其激素调节[A];第二届全国不育症研讨会论文汇编[C];2007年

7 郑梅梅;祝辉;;RNA结合蛋白Tulp2在精子发生中的作用和机制研究[A];中国生理学会生殖科学专业委员会—中国动物学会生殖生物学分会第二次联合学术年会暨“生殖科学专业委员会第二次学术交流会”和“生殖生物学分会第十六次学术年会”论文集[C];2017年

8 祝辉;周作民;林敏;周亚东;王黎熔;李建民;沙家豪;;人精子发生相关基因NYD-SP6的功能研究[A];江苏省遗传学会第七届代表大会暨学术研讨会论文摘要汇编[C];2006年

9 袁水桥;;精子发生过程中“无头”精子症的发病机理探讨[A];中国生理学会生殖科学专业委员会—中国动物学会生殖生物学分会第二次联合学术年会暨“生殖科学专业委员会第二次学术交流会”和“生殖生物学分会第十六次学术年会”论文集[C];2017年

10 陈小章;王琳芳;张永莲;石其贤;;生殖道上皮分泌对精子发生、成熟以及受精能力的调节[A];第一届中华医学会生殖医学分会、中国动物学会生殖生物学分会联合年会论文汇编[C];2007年

相关重要报纸文章 前4条

1 通讯员 张婷 蔡心轶 记者 程守勤;控制精子发育的“蛋白管家”被发现[N];健康报;2019年

2 ;妻子怀孕前丈夫应注意什么[N];中国医药报;2002年

3 付毅飞;给精子加个开关[N];科技日报;2003年

4 北京大学第三医院男科 唐文豪 姜辉;“小蝌蚪”达标记[N];健康报;2018年

相关博士学位论文 前10条

1 张越;Pnldc1在小鼠精子发生过程中的功能研究[D];南京医科大学;2019年

2 徐隆昌;RNF138在精子发生中的功能研究[D];北京协和医学院;2016年

3 吴帅帅;马驴高效扩繁技术研究及应用[D];中国农业大学;2019年

4 徐康;多倍体鲫鲤雄性育性机制研究[D];湖南师范大学;2015年

5 唐亮;CD82在非梗阻性无精症精子发生障碍中的机制研究[D];安徽医科大学;2018年

6 傅洋;乙型肝炎病毒HBx蛋白对人精子功能及胚胎发育影响的研究[D];广州医科大学;2018年

7 张清华;Ppplr36参与精子发生与自噬的研究[D];武汉大学;2016年

8 ASIF MEHFOOZ;芦丁和甲状腺素对束缚应激状态下成年小鼠睾丸精子发生的潜在保护作用研究[D];南京农业大学;2017年

9 刘腾飞;中华鳖（Pelodiscus sinensis）精子发生和精子储存的调控机制[D];南京农业大学;2017年

10 付骏;OY-TES-1的表达及其抗体对精子功能影响的研究[D];广西医科大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 李远发;Wip1基因在人精子中的表达及与精子浓度和活力之间的相关性研究[D];广西医科大学;2019年

2 朱婉婉;牛精子发生过程中甲基化分析及干细胞向精子诱导分化的研究[D];中国农业科学院;2019年

3 方雪莲;孕激素（DHP）调控尼罗罗非鱼精子发生和成熟过程的机制研究[D];西南大学;2018年

4 车冬雪;基于数据整合挖掘的精子发生相关基因研究[D];西北农林科技大学;2018年

5 韩永利;氟对雄性大鼠精子发生单倍体时期DDX25表达调控的影响[D];山西农业大学;2017年

6 郭其新;miR-202-5p和miR-301a-5p在鸡精子发生中表达及功能研究[D];扬州大学;2018年

7 裴一飞;不同类型抗氧化剂对冷冻保存猪精子的保护作用[D];西北农林科技大学;2018年

8 夏静;miRNA-194-5p通过Stra8基因调控精子发生的初步研究[D];扬州大学;2018年

9 秦君超;Rad51在小鼠雄性生殖细胞发育过程中的作用及机制研究[D];山东大学;2018年

10 安娜;完全型和部分型圆头精子症精子超微结构研究[D];河北大学;2018年

本文编号：2736092