張海華 李光玉 常忠娟 張鐵濤 鐘 偉 周 寧孫偉麗 趙靖波 楊福合*
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所,特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物分子生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)春 130112;2.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院,延吉 133002)
水貂是珍貴的毛皮動(dòng)物,蛋白質(zhì)是毛皮動(dòng)物最主要的營(yíng)養(yǎng)素之一。毛發(fā)主要是角蛋白,角蛋白形成的主要來(lái)源是飼糧中的蛋白質(zhì),因此研究飼糧中的蛋白質(zhì)對(duì)調(diào)節(jié)動(dòng)物毛絨生長(zhǎng)的作用機(jī)理,充分發(fā)揮蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)作用,從而提高毛皮動(dòng)物生產(chǎn)性能具有十分重大的意義。大量研究證明,增加飼糧中粗蛋白質(zhì)的采食量和吸收量,對(duì)于綿羊、安哥拉山羊、內(nèi)蒙古絨山羊、藍(lán)狐、安哥拉兔等毛皮動(dòng)物毛纖維的生長(zhǎng)有很大的促進(jìn)作用[1-4]。蛋白質(zhì)主要是分解為氨基酸后被動(dòng)物利用,含硫氨基酸是毛皮動(dòng)物的第一限制性氨基酸[5],Mata等[6]研究表明,隨著飼糧中蛋氨酸含量的增加,羊毛纖維直徑、羊毛產(chǎn)量及羊的活體重量都顯著增加。Ty?pp?nen 等[7]的研究結(jié)果表明,低蛋白質(zhì)水平飼糧中補(bǔ)充蛋氨酸時(shí),與高蛋白質(zhì)水平飼糧相比對(duì)藍(lán)狐毛皮品質(zhì)影響的差異不大。此外,Zhang等[8]和 Dahlman[9]研究表明,適當(dāng)降低藍(lán)狐飼糧蛋白質(zhì)水平,補(bǔ)充足夠量的可消化含硫氨基酸時(shí),對(duì)冬毛期藍(lán)狐的毛皮品質(zhì)無(wú)顯著影響。因而從分子水平上來(lái)解釋蛋白質(zhì)和含硫氨基酸對(duì)水貂毛發(fā)生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)理,有助于闡明水貂在特定飼糧條件下對(duì)蛋白質(zhì)和含硫氨基酸的需要量。胰島素樣生長(zhǎng)因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)、胰島素樣生長(zhǎng)因子-Ⅰ受體(IGF-ⅠR)和表皮生長(zhǎng)因子(EGF)基因廣泛存在于動(dòng)物皮膚及毛囊中,在毛發(fā)生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[10-12]。目前,關(guān)于飼糧蛋白質(zhì)水平和蛋氨酸的添加對(duì)水貂皮膚組織中IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和EGF基因表達(dá)影響的報(bào)道很少。為此,本試驗(yàn)采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法研究飼糧中不同蛋白質(zhì)水平和蛋氨酸的添加對(duì)水貂皮膚中IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和EGF基因表達(dá)的影響,旨在闡明飼糧蛋白質(zhì)和蛋氨酸對(duì)水貂毛皮發(fā)育的作用,為蛋白質(zhì)及含硫氨基酸對(duì)毛皮發(fā)育機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。
1.1.1 試驗(yàn)動(dòng)物
選用125日齡平均初始體重為(1.95±0.20)kg、身體健康的雄性水貂56只,分為4組,每組14個(gè)重復(fù),分別為A組(飼糧蛋白質(zhì)水平為32%)、B組(飼糧蛋白質(zhì)水平為24%)、C組(飼糧蛋白質(zhì)水平為16%)和D組(飼糧蛋白質(zhì)水平為24%,同時(shí)添加0.8%DL-蛋氨酸),試驗(yàn)預(yù)試期5 d,正試期80 d。整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)由固定飼養(yǎng)人員進(jìn)行專門的飼養(yǎng)管理。動(dòng)物每天早晚各飼喂1次,早飼喂量為全天飼糧的40%,晚飼喂量為60%,自由飲水。
1.1.2 試驗(yàn)飼糧
根據(jù)水貂常用鮮動(dòng)物性飼料原料配制不同蛋白質(zhì)水平的試驗(yàn)飼糧。試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1。
1.1.3 樣品采集
正試期第80天時(shí),進(jìn)行屠宰試驗(yàn),每組選4只體重相近的水貂取腹側(cè)部皮膚樣品,置于焦碳酸二乙酯(diethyl pyrocarbonate,DEPC)處理過(guò)的凍存管中,立即放入液氮中保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.1 總RNA提取與檢驗(yàn)
利用總RNA提取試劑盒(Bioteke Corporation)提取水貂皮膚組織中總RNA,溶于經(jīng)DEPC處理的超純水中,用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)RNA,/O在1.8~2.0證明提取的總RNA純度符合試驗(yàn)要求。同時(shí)提取的總RNA經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳鑒定,確定其完整性。
1.2.2 RNA反轉(zhuǎn)錄
在無(wú)RNA酶污染的環(huán)境中,應(yīng)用TaKaRa試劑盒中反轉(zhuǎn)錄試劑盒說(shuō)明書,配制10μL反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系,總 RNA 1.2μL,5×PrimeScript Buffer(for Real Time)2 μL,PrimeScript RT Enzyme Mix 0.5 μL,Oligo dT Primer 0.5 μL,Random 6 mers 0.5μL,RNase Free dH2O 5.3 μL。將上述PCR管中的溶液混合均勻,在以下反應(yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng),42 ℃,15 min(反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)),85 ℃,5 s(反轉(zhuǎn)錄酶的失活反應(yīng)),4℃保存,結(jié)束反應(yīng)。
1.2.3 引物合成
根據(jù) GenBank中人、鼠的 β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)序列(登錄號(hào):NM_001101.3;NM_007393.3)、IGF-Ⅰ序列(登錄號(hào):NM_000618.3;NM_001111276.1)、IGF-ⅠR 序 列(登 錄 號(hào):BC113612;NM_052807.2)和EGF序列(登錄號(hào):NM_001178130.1;NM_010113.3),利用 DNAstar軟件找出其保守區(qū)域、利用引物分析軟件Primer 5.0分析設(shè)計(jì)其特異性引物。用β-actin作為內(nèi)參基因,實(shí)時(shí)熒光定量PCR引物詳細(xì)信息見(jiàn)表2(引物由大連寶生物公司合成)。
1.2.4 PCR擴(kuò)增反應(yīng)
按照TaKaRa公司反轉(zhuǎn)錄試劑盒,配制50μL反應(yīng)體系,10×Buffer 5μL,dNTP 4μL,上游引物(F)2 μL,下游引物(R)2 μL,cDNA 模板 2 μL,r-Taq酶0.26μL,dH2O 34.74μL。PCR 反應(yīng)程序?yàn)?94℃預(yù)變性4 min,94℃變性30 s,引物的復(fù)性溫度根據(jù)所有引物退火溫度范圍設(shè)置梯度,均在55~65℃,此步驟持續(xù)時(shí)間均為30 s,72℃延伸30 s,35個(gè)循環(huán),最后72℃延伸10 min,4℃保存,結(jié)束反應(yīng)。
1.2.5 實(shí)時(shí)熒光定量PCR
確定好反應(yīng)溫度后,利用SYBR Premix Ex TaqTMⅡ(TaKaRa)對(duì) β-actin、IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR 和EGF基因進(jìn)行擴(kuò)增,同時(shí)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線,反應(yīng)體系為20 μL,SYBR Premix Ex TaqTMⅡ 10 μL,PCR Forward Primer 0.8 μL,PCR Reverse Primer 0.8μL,ROX Reference Dye Ⅱ 0.4 μL,cDNA2μL,dH2O 6μL。反應(yīng)條件為預(yù)變性 95℃、30 s;變性95℃,5 s;復(fù)性 60℃,35 s(40個(gè)循環(huán));95℃,60 s;60℃,60 s。擴(kuò)增結(jié)束后進(jìn)行熔解曲線及結(jié)果分析,60℃,10 s(71個(gè)循環(huán))。
表1 試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets %
表2 實(shí)時(shí)熒光定量PCR引物詳細(xì)信息Table 2 Detailed information of real-time fluorescence quantitative PCR primers
利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR分別檢測(cè)出目的基因和內(nèi)參基因,2-ΔΔCt方法分析基因相對(duì)表達(dá)差異量,試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)軟件SAS 8.0的一般線性模型(GLM)模塊進(jìn)行的單因素方差分析。表中的結(jié)果均為“平均值 ±標(biāo)準(zhǔn)差”(±SD),其中 P<0.05為差異顯著,P<0.01為差異極顯著。
取2μL總RNA,利用3%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)總RNA的完整性,如圖1所示。紫外分光光度計(jì)測(cè)定在1.8~2.0,表明總RNA無(wú)降解,符合試驗(yàn)純度,可以進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄試驗(yàn)。βactin、IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR 和 EGF 基因經(jīng) 3%瓊脂糖凝膠電泳,發(fā)現(xiàn)條帶與所預(yù)計(jì)的產(chǎn)物很相近,如圖2所示,各對(duì)引物PCR擴(kuò)增后的條帶清晰,無(wú)雜帶,片段大小符合引物設(shè)計(jì)要求。測(cè)序后與目的序列一致性為100%,為目的基因片段。這進(jìn)一步說(shuō)明了合成的cDNA可以用來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR反應(yīng)。
圖1 水貂皮膚總RNA電泳結(jié)果Fig.1 Electrophoresis result of total RNA of mink skin
圖2 目的基因檢測(cè)結(jié)果Fig.2 Result of object genes test
飼糧蛋白質(zhì)水平和蛋氨酸添加對(duì)水貂毛皮相關(guān)基因表達(dá)的影響見(jiàn)表3。
表3 飼糧蛋白質(zhì)水平和蛋氨酸添加對(duì)水貂毛皮相關(guān)基因表達(dá)的影響Table 3 Effects of dietary protein level and methinion supplementation on fur related gene expressions
可以看出,飼糧蛋白質(zhì)水平與中等蛋白質(zhì)水平(24%)飼糧中補(bǔ)充蛋氨酸對(duì)水貂皮膚中IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和EGF基因的相對(duì)表達(dá)量均有極顯著的影響(P<0.01)。隨著飼糧蛋白質(zhì)水平的降低,IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR基因的相對(duì)表達(dá)量逐漸下降,但B組和C組之間差異不顯著(P>0.05),當(dāng)中等蛋白質(zhì)水平飼糧中補(bǔ)充蛋氨酸(D組)后,水貂皮膚中IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR基因的相對(duì)表達(dá)量極顯著的高于B組和C組(P<0.01),但與A組差異不顯著(P>0.05);水貂皮膚中EGF基因B組和C組極顯著低于A組(P<0.01),且中等蛋白質(zhì)水平飼糧中補(bǔ)充蛋氨酸后,水貂皮膚中EGF基因極顯著高于B組和C組(P<0.01),但仍極顯著低于A組(P<0.01)。從表中可以看出,水貂皮膚中 IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和 EGF 3種基因,IGF-ⅠR的相對(duì)表達(dá)量相對(duì)較高,IGF-Ⅰ和EGF的相對(duì)表達(dá)量相對(duì)較低,且兩者差異不明顯。
本試驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著飼糧蛋白質(zhì)水平的提高和中等蛋白質(zhì)水平飼糧中蛋氨酸的添加,水貂皮膚中IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和EGF基因的相對(duì)表達(dá)量均有極顯著的增加趨勢(shì)。大量研究表明,在小鼠、綿羊、雞等動(dòng)物上,飼糧蛋白質(zhì)水平對(duì)動(dòng)物肝臟中的IGF-Ⅰ基因的相對(duì)表達(dá)量及血清中的IGF-Ⅰ含量具有顯著影響,該基因的相對(duì)表達(dá)量與飼糧蛋白質(zhì)水平呈正相關(guān)[13-16]。此外,榮風(fēng)梅等[17]研究表明,當(dāng)飼糧中添加不同水平的蛋氨酸時(shí),隨著蛋氨酸水平的增加新西蘭肉兔肝臟組織中IGF-Ⅰ基因的相對(duì)表達(dá)量有上升的趨勢(shì)。Carew等[18]試驗(yàn)表明,8~22日齡的雄性肉雞飼糧中蛋氨酸缺乏時(shí),對(duì)肉雞血清中IGF-Ⅰ的含量沒(méi)有顯著的影響,但I(xiàn)GF-Ⅰ基因在組織中的相對(duì)表達(dá)量會(huì)顯著降低。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,中等蛋白質(zhì)水平飼糧中添加蛋氨酸對(duì)IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和EGF基因相對(duì)表達(dá)量有極顯著的提高作用。IGF-Ⅰ對(duì)維持和調(diào)節(jié)動(dòng)物毛發(fā)的生長(zhǎng)是必不可少的,尤其是在毛周期的初期,IGF-Ⅰ對(duì)防止毛囊過(guò)早的進(jìn)入中期具有重要的調(diào)節(jié)作用[19]。大量研究結(jié)果表明,當(dāng)提高飼糧中蛋白質(zhì)水平或蛋氨酸含量時(shí)對(duì)動(dòng)物毛絨的生長(zhǎng)有顯著的提高作用[2-3],且外源性的 IGF-Ⅰ能夠顯著促進(jìn)體外毛囊的生長(zhǎng)發(fā)育,同時(shí)影響毛囊的形態(tài)[20-21]??梢?jiàn)在飼糧的蛋白質(zhì)和蛋氨酸調(diào)節(jié)水貂毛絨生長(zhǎng)的過(guò)程中,IGF-Ⅰ是其發(fā)揮作用的重要信號(hào)傳導(dǎo)因子之一,或直接作用于毛囊或需要其他生長(zhǎng)因子的共同協(xié)調(diào)參與。
關(guān)于飼糧蛋白質(zhì)和蛋氨酸水平對(duì)IGF-Ⅰ及其受體基因相對(duì)表達(dá)量差異及其機(jī)制研究比較多,而對(duì)EGF基因的相對(duì)表達(dá)量研究相對(duì)較少。EGF作為一種生長(zhǎng)因子,同其他生長(zhǎng)因子一樣與飼糧中營(yíng)養(yǎng)成分有很大的相關(guān)性。Rogers等[21]年研究發(fā)現(xiàn),生長(zhǎng)激素(GH)對(duì)EGF基因的表達(dá)與生成具有重要的調(diào)節(jié)作用。當(dāng)飼糧蛋白質(zhì)水平和蛋氨酸的添加量提高時(shí),可以顯著地提高血液中GH的含量,飼糧中的蛋白質(zhì)和蛋氨酸水平可能通過(guò)GH來(lái)調(diào)節(jié) EGF 基因的表達(dá)[22]。Ekberg 等[23]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)給大鼠外源性的GH時(shí),可以顯著地提高大鼠肝臟中EGF及其受體基因的表達(dá)水平,而且能夠有效提高EGF與其受體的結(jié)合能力。本試驗(yàn)結(jié)果顯示隨著飼糧蛋白質(zhì)水平的下降,EGF基因的相對(duì)表達(dá)量有降低趨勢(shì),這可能與飼糧營(yíng)養(yǎng)成分的不足而引起GH的量減少有關(guān),但具體機(jī)理尚不明確。研究發(fā)現(xiàn),EGF及其受體在成熟的毛囊中分布廣泛,主要分布在外根鞘、角朊細(xì)胞、皮脂腺和毛囊的上皮等部分[24]。姚玉園等[25]研究表明EGF對(duì)毛囊生長(zhǎng)有正向調(diào)節(jié)作用,且適當(dāng)濃度的EGF能夠顯著促進(jìn)體外毛囊生長(zhǎng)[26-27],分析原因可能是真皮鞘細(xì)胞在一定條件下轉(zhuǎn)化為毛乳頭細(xì)胞,從而促進(jìn)了毛囊生長(zhǎng)。具體EGF基因如何調(diào)節(jié)毛絨生長(zhǎng)的機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。
飼糧高蛋白質(zhì)水平和中等蛋白質(zhì)水平飼糧中蛋氨酸的添加能夠促進(jìn)水貂皮膚中IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR及EGF基因的表達(dá)。
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動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)2014年1期