基于高叶酸小鼠睾丸转录组筛选牛繁殖力关键同源基因

来源：中国畜牧兽医杂志2024年第7期北京时间：

作者：吉虹锦, 冶倩楠, 李文龙, 李志鹏, 冯霞, 米思远, 史源钧, 张金柠, 郭健, 俞英

单位：1. 中国农业大学动物科技学院, 农业农村部动物遗传育种与繁殖(家畜)重点实验室, 畜禽生物育种全国重点实验室, 北京 100193;2. 迪庆藏族自治州畜牧兽医科学研究院, 迪庆 674499;3. 西湖大学生命科学学院, 杭州 310030;4. 复旦大学, 上海 200438;5. 北京中医药大学岐黄学院, 北京 100029

摘要：【目的】基于高叶酸小鼠睾丸转录组数据,筛选叶酸调控牛和小鼠繁殖力的同源基因,以期为通过叶酸改善雄性动物繁殖力奠定理论基础。【方法】选取24只健康、生长状况相近的11周龄C57BL/6雄性小鼠,随机分为3组(n=8):CON、A和B组,分别饲喂2、7和15 mg/kg叶酸,连续饲喂57 d。饲喂结束后分别测定3组小鼠左、右睾丸和精囊的重量,精子密度以及缓慢前进的精子比例,通过Illumina NovaseqTM 6000高通量测序进行小鼠睾丸转录组测序分析,对测序结果进行差异表达基因(DEGs)、GO功能注释和蛋白互作网络(PPI)分析,筛选叶酸调控精液品质和繁殖力的关键基因,并结合荷斯坦种公牛繁殖力相关同源基因和数量性状基因座(QTLs)数据,进一步筛选叶酸调控牛和小鼠雄性繁殖力的同源基因。【结果】相较于CON组,B组小鼠左、右精囊重量均极显著增加(P＜0.01),A和B组小鼠精液中缓慢前进的精子比例均极显著降低(P＜0.01)。经RNA-Seq分析发现,在A vs CON组中筛选出423个DEGs,在B vs CON组中筛选出661个DEGs,A vs CON和B vs CON组中共有的上调DEGs 85个、下调DEGs 40个。通过GO功能注释分析发现,A vs CON组的DEGs显著富集在叶酸代谢和精液品质调控相关的GO条目,B vs CON组的DEGs显著富集在叶酸代谢和生殖器官发育相关的GO条目,A vs CON和B vs CON两个组共有的上调DEGs显著富集在叶酸代谢和精液品质调控相关等功能,共有的下调DEGs显著富集在一碳代谢过程和单精受精作用功能。通过DEGs的PPI网络分析发现,筛选出的核心节点(hub)基因可能通过影响精液品质而影响雄性动物繁殖力。同时本研究中筛选出的hub基因均为奶牛的同源基因,并找出了不同浓度叶酸影响荷斯坦种公牛繁殖力的同源基因及其附近的QTLs,包括每次妊娠的授精次数QTL、精子活力QTL等。将hub基因进一步与前人荷斯坦种公牛精子转录组差异表达基因进行比对,筛选出叶酸调控牛和小鼠繁殖力的同源基因:Serpinb1b基因(牛同源基因为SERPINB1)。【结论】饲喂7和15 mg/kg叶酸能够降低精液中缓慢前进的精子比例,通过转录组测序筛选出的Serpinb1b基因(牛同源基因为SERPINB1)是叶酸调控雄性动物繁殖力的关键基因之一,可为畜牧业实际生产中大型乳用动物荷斯坦牛的养殖及选育提供参考信息。

关键词：繁殖力;叶酸;小鼠;荷斯坦公牛;转录组测序

基金资助：“十四五”科技部重点研发专项课题(2021YFD1200903、2021YFD1200900);国家自然科学基金国际(地区)合作项目(31961143009);国家奶牛产业技术体系项目(CARS-36)