山羊PGRMC1基因序列分析及表达特性分析.pdf
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1、Journal of Southwest Minzu University(NaturalScienceEdition)Vol.49 No.4第49 卷第4期Jul.20232023年7 月西南民族大自然科学版)doi:10.11920/xnmdzk.2023.04.003山羊PGRMC1基因序列分析及表达特性分析李安1,2,3,李瑞文4,5,王永1-2.3,王友利1-2.3,李艳艳1.2.3,刘伟1,2.3,林亚秋1,2,3(1.西南民族大学畜牧兽医学院,四川成都6 10 0 41;2.青藏高原动物遗传资源保护与利用教育部重点实验室,四川成都都6 10 0 41;3.青藏高原动物遗传资源保护
2、与利用四川省重点实验室,四川成都6 10 0 41;4.电子科技大学医学院附属妇女儿童医院,四川成都610041;5.成都市妇女儿童中心医院,四川成都610041)摘要:旨在克隆获得山羊PGRMC1基因序列,并明确该基因的生物学特征,阐明其在山羊各组织及诱导分化不同阶段皮下脂肪细胞中的表达模式.利用RT-PCR技术克隆获得山羊PGRMC1基因序列,通过生物信息学方法分析其生物学特性;通过实时荧光定量PCR(Real-timefluorescencequantitativePCR,RT-qPCR)技术检测其在各个组织及不同分化阶段皮下脂肪细胞中的表达水平.结果显示,克隆得到山羊PGRMC1基因序
3、列10 2 4bp,其中CDS区58 5bp,共编码194个氨基酸,是主要定位于细胞质、细胞核以及线粒体的酸性亲水性不稳定蛋白;分析显示山羊PGRMC1的核苷酸序列与其他物种如绵羊、牛、猪、羊驼、猩猩、人、马、猫、骆驼、狐狸相似程度为8 8.7 9%99.6 9%不等,说明该基因在不同物种中具有高度保守性;构建进化树显示,山羊PCGRMC1与绵羊亲缘关系最近,与马的亲缘关系最远,符合物种进化规律;组织表达谱显示,PCRMC1在山羊心、肝、脾、肺、肾、背最长肌中广泛表达,其中在肝脏中的表达量极显著高于其他组织(P0.01),其次是在背最长肌和脾脏中的表达水平较高且显著高于肝脏之外的组织(P0.0
4、5);时序表达谱显示,山羊PGRMC1基因在成脂诱导分化96 h的皮下脂肪细胞中的表达量最高,显著高于其他各个时间点的表达水平(P0.05).本研究将为揭示山羊PGRMC1调控皮下脂肪细胞分化的具体作用机制提供理论依据关键词:山羊;PGRMC1;基因克隆;组织表达;时序表达中图分类号:S826文献标志码:A文章编号:2 0 95-42 7 1(2 0 2 3)0 4-0 36 5-0 8Analysis of PGRMC1 gene and its expression characteristics in goatsLI Anl,2,3,LI Rui-wen-,WANG Yong.-23,W
5、ANG You-lil.2.3,LI Yan-yanl,2,3,LIU Weil,2,3,LIN Ya-qiul,2,3(1.School of Animal and Veterinary Sciences,Southwest Minzu University,Chengdu 610041,China;2.Key Laboratoryof Qinghai-Tibetan Plateau Animal Genetic Resource Reservation and Utilization,Ministry of Education,Chengdu 610041,China;3.Sichuan
6、Provincial Key Laboratory of Qinghai-Tibetan Plateau Animal Genetic Resource Reservation and Utilization,Chengdu 610041,China;4.Women and Childrens Hospital Affiliated to School of Medicine of University of Electronic Science andTechnology,Chengdu 610041,China;5.Chengdu Women and Childrens Central H
7、ospital,Chengdu 610041,China)Abstract:This study aimed to clone the PGRMCl gene sequence of goats and clarify its biological characteristics.The expres-sion pattern of PGRMC1 in subcutaneous adipocytes in various tissues of goats and induced differentiation at different differenti-ation stages wasel
8、ucidated.In this study,the PGRMC1 gene sequence of goats was cloned by RT-PCR,and its sequence charac-teristics were analyzed by bioinformatics analysis software,and RT-qPCR(Real-time fluorescence quantitative PCR)was used todetect its expression in various tissues and in subcutaneous adipocytes at
9、different stages of differentiation.The results showedthat the gene sequence of PGRMC1 in goats was 1 024 bp,of which 585 bp in the CDS region,encoded a total of 194 aminoacids,and was an acidic hydrophilic unstable protein mainly localized in the cytoplasm,nucleus and mitochondria.The nucleo-收稿日期:2
10、 0 2 3-0 4-2 6通信作者:林亚秋(197 6-),女,教授,博士,研究方向:动物遗传育种与繁殖.L基金项目:国家自然科学基金项目(32 0 7 2 7 2 3,3190 2 154);四川省应用基础研究计划重点项目(2 0 2 2 JDTD0030);中央高校基本科研业务费专项基金项目(2 0 2 10 57)366第49 卷西南民族大自然科学版)tide sequence of PGRMC1 in goats ranged from 88.79%to 99.69%in similarity with other species such as sheep,cattle,pigs,
11、alpacas,orangutans,humans,horses,cats,camels,and foxes,indicating that PGRMC1 was highly conserved in different spe-cies.The results of phylogenetic tree analysis showed that goat PGRMC1 was most closestly related to sheep and most distantlyrelated to horses,which was consistent with the evolutionar
12、y law of species.Tissue expression profiles showed that PGRMC1 waswidely expressed in goat heart,liver,spleen,lung,kidney,and longest dorsal muscle,among which the expression in the liverwas significantly higher than that of other tissues(P0.01),followed by higher expression levels in the longest do
13、rsi muscleand spleen than in tissues other than the liver(P 0.05).Compared with the control group,the expression of PGRMCI1 duringsubcutaneous adipocyte differentiation showed an upward trend,and reached the highest at 96 h,which was significantly higherthan other time points.The above results sugge
14、sted that PGRMCl might have an important regulatory effect on the differentiationof goat adipocytes.Keywords:goat;PGRMC1;gene cloning;tissue expression;temporal expression随着生活水平的不断提高,人们对肉质要求也越来越高;山羊肉因其具有低胆固醇、肉质好、口感风味优美等特点,作为一种良好的食品资源深受消费者的青睐.皮下脂肪细胞具有较高的饱和脂肪酸会导致冠心病和动脉硬化等疾病的发生1,并且会引起肉质风味的改变2 ,皮下脂肪细胞分化
15、,受众多基因复杂而密切的调控.孕酮素受体膜成分1(Progesterone receptormem-brane component 1,PCRMC1)是一种血红素结合蛋白,可结合并调节细胞色素P450酶的活性,进而影响多种生化途径和药物代谢3.PGRMC1涉及类固醇生成,孕酮(P4)信号传导,膜运输,以及有丝分裂纺锤体和细胞周期调节等多种功能4;PGRMC1还参与激素和胆固醇合成以及介导化学抗性5.PGRMC1不仅抑制卵巢颗粒细胞的增殖与凋亡,进而影响卵泡细胞发育6 .此外,PGRMC1具有多种调控功能,包括神经元导向孕酮反应、类固醇生成和甲羟戊酸途径的调节等7 .PGRMC1对人、小鼠、绵羊
16、等多种物种胆固醇合成与代谢至关重要8 如PGRMC1通过促进小鼠脂肪细胞中的脂质积累进而导致肥胖小鼠的生成,并且在小鼠脂肪组织特异性敲除PGRMC1显著抑制高脂肪饮食诱导的脂肪细胞肥大9.PGRMC1在人的多种组织中表达如肺、结肠、甲状腺、乳腺、卵巢和子宫颈10 .以上研究结果表明PGRMC1对多种生命活动具有重要作用,并且对脂质的积累以及脂肪细胞的肥大具有一定的调控作用,然而PGRMC1在山羊上研究少有报道.因此本研究采用RT-PCR技术克隆山羊PGRMC1基因序列,并运用生物信息学软件及在线工具对山羊PGRMC1基因进行生物信息学分析.利用荧光定量 PCR技术(Real-time fluo
17、rescence quantitativePCR,RT-q PCR)技术检测PGRMC1在山羊不同组织及脂肪细胞分化不同阶段的表达水平.研究结果将为阐明PGRMC1的生物学功能及经济畜种的肉质改良提供基础数据及参考.1实验材料与方法1.1实验材料采集了标准条件下饲养的简州大耳羊(n=8)的组织,心、肝、脾、肺、肾、背最长肌,分别放入冷冻管后放入液氮罐中保存,并送至实验室,用于总RNA的提取.1.2实验方法根据Genbank中的山羊预测序列(登录号:XM018044217.1)通过软件PrimerPremier5.0设计引物见表1.PCR总反应体系为(2 5L),1L山羊小肠组织,1LPCR正向
18、引物,1L反向引物,12.5LTaq酶,9.5LddH,0.PCR反应条件为:95预变性3min,94变性30 s,58退火45s,72延伸2min,38个循环;最后在7 2 条件下延伸10 min.通过2%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,使用胶回收试剂盒纯化和回收产物.将纯化回收的产物链接至PMD-19T载体,转化至DH5感受态细胞.接种于含Amp+的LB固体培养基中,培养箱孵育过夜.对阳性菌落PCR验证,并送上海生工生物工程有限公司测序.367李安PGRMC1基因序列分达特性分析第4期表1引物信息Table 1primer information引物引物序列(5-3)目的产物长度温度Prim
19、erPrimer SequencesObjectiveProduct lengthTmPGRMC1-SGAAAGCAAGTTCCGGATCCCTRT-PCR1489bp60PCRMC1-ACTTCACACACACCCCTGAAGART-PCR1489bp60DL-S-PGRMC1GGGCTGCTGCATGAGATTTTqPCR86bp60DL-APGRMC1CCGCGCACGATCTTGTAGAGqPCR86bp60UXT-SGCAAGTGGATTTGGGCTGTAACqPCR180bp60UXT-AATGGAGTCCTTGGTGAGGTTGTqPCR180bp601.3序列分析克隆获得的山羊
20、PGRMC1序列利用表2 的分析方法进行序列分析表2 生生物信息学分析软件及其分析内容Table 2Bioinformatic analysis software and its analysis content分析内容软件名称The content of analysisSoftware name开放阅读框读取,氨基酸序列翻译ORF finder分析山羊PGRMC1的保守性BLAST系统进化树的构建MEGA5.0分析蛋白质二级结构EXPASY肽位点预测Signalp-5.0 Server跨膜结构预测TMHMM 2.0亚细胞定位PSORT II二级结构预测SOPMA蛋白质三级结构的预测SWIS
21、S-MODEL预测相互作用的蛋白STRING1.4山羊PGRMC1的组织差异表达分析以山羊各组织作为cDNA进行RT-qPCR,进而检测PGRMC1的组织表达水平,以UXT作为内参基因,矫正基因的表达水平.在克隆获得山羊PGRMC1基因序列的基础上,设计定量引物见表1.RT-qPCR反应程序为:预变性95,3min),变性(95,10 s),退火(6 0,10 s)和延伸(7 2,15s),其中变性、退火和延伸,共40 个循环.采用2-AACt法对RT-qPCR数据进行分析.1.5山羊PGRMC1在皮下前体脂肪细胞分化过程中的差异表达分析复苏实验室前期保存的皮下前体脂肪细胞,待长至F2时进行诱
22、导分化,分别收取培养不同时期(0、12、2 4、36、48、6 0、7 2、8 4、96、10 8、12 0 h)细胞总RNA,反转录后作为cDNA,利用RT-qPCR检测PGRMC1在皮下脂肪细胞不同分化时期的表达水平.方法同上.2结果2.1山羊PGRMC1基基因的克隆本研究通过RT-PCR成功克隆获得山羊PGRMC1 基因序列10 2 4 bp,其中 5 UTR区域111 bp,3UTR区域为342 bp,CD S区58 5bp,编码194个氨基酸(图1).2.2山羊PGRMC1基因序列分析山羊PGRMC1的核苷酸序列与其他物种如绵羊、牛、猪、羊驼、猩猩、人、马、猫、骆驼、和狐狸的相似程度
23、为8 8.7 9%99.6 9%不等(表3).表明PGRMC1基因在不同物种间具有高度保守性.蛋白质理化性质分析发现,山羊PGRMC1分子式为CgsH1484N254030gS4;分子量为2 16 32.0 8,亮氨酸在氨基酸中含量最高为11.9%,其次为天冬氨酸(11.3%)、谷氨酸(8.8%)、甘氨酸(8.2%),酪氨酸含量最低(0.5%)(图2 a).带正电荷(Arg+Lys)的氨基酸总数为39大于带负电荷(Asp+Lys)的氨基酸数目为2 3,表明PGRMC1蛋白带正电荷;理论等电点PI(Pr o t e i n i s o e l e c t r i c p o i n t)为4.5
24、4,亲水性总平均值为-0.614,不稳定指数为46.6 5,因此,预测PGRMC1蛋白为酸性亲水不稳定蛋白.磷酸化位点预测显示山羊PGRMC1有2 8 个磷酸化位点,其中包括丝氨酸(Se r)磷酸化位点11个,苏氨酸(Thr)磷酸化位点11个,酪氨酸(Tyr)磷酸化位点6 个.山羊PGRMC1没有跨膜结构域,且无信号肽;亚细胞定位表明其主要存在于细胞质(39.1%)中其次为细胞核(34.8%),线粒体(17.4%),过氧化物酶体(4.3%)和高尔基体(4.3%)(图2 b).368第49 卷西南民族大自然科学版)GGGAACCGGTTTGAATCCTTCAGGTGGACTCAAGACTGCAA
25、TCGCGTGTCGCCCTTGAAAGCAAGTTCCGGATCCCTGCCTGTCCCGGCCCAACCTTTGCTCCAGCGATCATGGCTGCCGAGGATGTGGCGGCGACTGGCGGAGACACGAGCGAGCTCGAGAMLPRMWRRLAETRASSRGCGGCGGGCTGCTGCATGAGATTTTCACGTCTCCGCTCAACCTGCTGCTCCTTGGCCTCTGCATCTTTCTGCTCTACAAGAAAGCCMRFSRLRSTCCSLASASFCSTRTCGTGCGCGGGGACCAGCCGGCGGCCAGCGACAGCGACGACGATGAGCCGCCCC
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