犏牛与牦牛初级精母细胞全基因组甲基化比较研究

作     者：罗辉 

作者单位：西南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵旺生;蔡欣

授予年度：2021年

学科分类：0905[农学-畜牧学] 09[农学] 

主      题：犏牛 雄性不育 初级精母细胞 单细胞全基因组DNA甲基化测序 

摘      要：犏牛是公黄牛和母牦牛的种间F1代杂种,在生产性能和对青藏高原恶劣环境适应能力方面均具有显著的杂种优势,对提升牦牛生产性能发挥着重要作用,但公犏牛由于精子发生阻滞而不育,成为牦牛杂交育种的最大障碍。精子发生中,异常的DNA甲基化会导致基因表达紊乱,造成生精阻滞甚至不育。本研究在单细胞、单碱基水平对犏牛及牦牛初级精母细胞全基因组甲基化进行了全面的分析,得出结论如下:（1）首次通过犏牛及牦牛初级精母细胞单细胞全基因组DNA甲基化测序分析,发现犏牛与牦牛初级精母细胞的表观基因组组成及模式截然不同:犏牛基因组整体CG及non-CG位点甲基化水平均高于牦牛,且犏牛精母细胞基因组内总的甲基化C位点也多于牦牛。犏牛与牦牛初级精母细胞全基因组DNA甲基化在全染色体水平具有显著差异:犏牛中几乎所有染色体中都具有高水平且高密度的DNA甲基化分布,但牦牛中一些染色体的某些区域出现DNA甲基化缺失（染色体1,2,4,6,10,22,23,X）。（2）犏牛初级精母细胞中许多减数分裂、piRNA通路（SYCE1/3,SYCP3,RAD51,RAD51C,XRCC1/2,MOV10L1,MAEL,PIWIL1/2,DDX4,FKBP6,SPACA1,TEX29,TDRD6/9,PRDM1/15,和PLD6）等生精特异性基因呈启动子高甲基化,且这些基因的表达相比于牦牛呈显著下调,表明这些减数分裂相关基因的启动子DNA高甲基化通过抑制基因的表达,导致联会复合体不能正确组装及DSB修复异常,进而引起减数分裂阻滞和犏牛雄性不育。（3）犏牛精原细胞仅在外源性高浓度维甲酸处理时才对其做出响应,且精原细胞分化相关基因（MEIOSIN、SOHLH2、STRA8和C-KIT）在维甲酸刺激后有显著变化,但这并不足以促进减数分裂的正常启动,预示着启动减数分裂这一过程在犏牛精原细胞中也存在较大的缺陷。综上所述,本研究采用单细胞全基因组甲基化测序、免疫荧光、亚硫酸氢盐测序、RT-qPCR等技术对犏牛及牦牛初级精母细胞甲基化组进行了全面的解析,发现多个减数分裂及piRNA通路特异性基因呈启动子高甲基化,还表明犏牛精原细胞仅在外源性高浓度维甲酸处理时才对其做出响应。总的来说,本研究为解析犏牛雄性不育的分子机制提供了丰富的科学依据。