牦牛和犏牛睪丸中泛素結合酶基因Ube2n、泛素連接酶基因Trim36表達水平的比較

尚秋萍+黃林+胡雨薇

摘要：為探討蛋白質泛素化與牦牛雜交后代睪丸精子發(fā)生異常的相關性，比較了參與泛素化的2種酶基因（泛素結合酶基因Ube2n、泛素連接酶基因Trim36）在成年牦牛和雄性不育犏牛睪丸中的mRNA水平。定量PCR分析顯示，牦牛（n=9）睪丸中Ube2n、Trim36基因的mRNA水平分別顯著、極顯著高于犏牛（n=7），其中Trim36 mRNA水平相差10倍以上。研究結果提示，犏牛睪丸蛋白質泛素化水平明顯下降，可能會影響精子發(fā)生過程中正常的蛋白質更新。

關鍵詞：牦牛；雜交雄性不育；睪丸；蛋白質降解；泛素化

中圖分類號： S823.82；Q786 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）01-0019-03

牦牛（Bos grunniens）主要分布在中國，數(shù)量3 000萬頭以上，是青藏高原特有的牛種和畜牧業(yè)主體。牦牛與普通牛（Bos taurus）的雜交后代稱為犏牛，具有明顯的雜種優(yōu)勢，產(chǎn)乳和產(chǎn)肉量顯著提高，但表現(xiàn)為回交三代內(nèi)雄性不育，無法產(chǎn)生正常精子[1]，而雌性雜交后代生殖正常，其分子機制尚未明確。

已有研究表明，犏牛睪丸中很多生殖相關基因的mRNA或蛋白質水平均顯著低于其親本牦牛和黃牛，如SYCP3、Boule、Dazl、Dmrt7、Dmc1等[2-5]。也存在少量蛋白質在犏牛睪丸中上調(diào)的情況[6]。也有研究表明，犏牛睪丸中細胞凋亡增加[7]。盡管目前犏牛雄性不育的分子機制尚不明確，但總體認為，犏牛雄性不育的機制可能涉及精子發(fā)生過程中復雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡，并與睪丸中多種特異或非特異蛋白質的異常表達有關。然而，這些變化是否影響睪丸中蛋白質降解尚不明確。鑒于蛋白質泛素化在蛋白質降解中的重要作用，本研究比較牦牛與犏牛睪丸中與泛素化相關的泛素結合酶（Ubiquitin-conjugating enzyme E2 N，Ube2n）、泛素連接酶（E3 ubiquitin-protein ligase TRIM36，Trim36）基因的mRNA水平，以探討泛素化與犏牛雄性不育是否具有相關性。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

麥洼牦牛（Bosgrunniens）和犏牛（公黃牛與母麥洼牦牛的雜交F1代）的睪丸組織于秋季采自四川省成都市近郊某屠宰場。健康的成年公牦牛（n=9）和雄性不育公犏牛（n=7）在屠宰后立刻取其睪丸，切成適當大小后，與干冰一同帶回實驗室，于-80 ℃下保存?zhèn)溆?。本研究對牦牛和犏牛睪丸均進行常規(guī)組織切片分析，證實犏牛睪丸中無精子。

1.2 主要試劑和儀器

RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit購自美國Thermo Scientific公司，Trizol Reagent購自美國Ambion公司，QuantiFast SYBR Green PCR Kit購自德國QIAGEN公司，Super Taq DNA Polymerase購自美國GeneCopoeia公司。

C1000 Thermal Cycler型梯度PCR儀、C1000 Touch Thermal Cycler型熒光定量PCR儀、Versa Doc 1000型凝膠成像系統(tǒng)均為美國Bio-Rad公司產(chǎn)品，CR21G型高速冷凍離心機為日本日立公司產(chǎn)品。

1.3 總RNA的提取及反轉錄

采用Trizol法并按照試劑盒說明書提取牦牛睪丸的總RNA，采用核酸蛋白檢測儀測定核酸濃度。采用RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit以2 μg總RNA為模板，利用隨機引物進行反轉錄獲得cDNA。

1.4 睪丸組織Ube2n和Trim36基因的定量PCR分析

參照普通牛的Ube2n（NM_001076258）、Trim36（XM_005890859）、內(nèi)參基因GAPDH（NM_001034034）、18S RNA（NR_036642）序列，采用Primer Premier 5.0軟件分別設計定量PCR引物（表1）。分別對上述4個基因進行PCR擴增，產(chǎn)物純化后經(jīng)10倍梯度稀釋作為模板，進行熒光定量PCR擴增。利用定量PCR儀上的軟件繪制標準曲線。表1 引物序列

目的基因引物（5′→3′） 產(chǎn)物長度（bp）Ube2nF：CCTTAGAGGGCATCAGATCCTCAG；R：AAGGTTCCAACCCACAGGTTAACA240Trim36F：TCTATGGCTCATTGGTAATAAGTAT；R：AAACCACCCAAGAAAGAGTATCT185GAPDHF：CGACTTCAACAGCGACACTCA；R：GGTCCAGGGACCTTACTCCTT16918S RNAF：CTGAGAAACGGCTACCACATC；R：CAGACTTGCCCTCCAATGG168

以反轉錄的牦牛和犏牛睪丸組織cDNA為模板，采用實時熒光定量PCR方法檢測Ube2n、Trim36基因在睪丸中的相對表達量。25 μL PCR體系為：2×QuantiFast SYBR Green PCR Master Mix 12.5 μL、上游及下游引物各1 μL、模板cDNA 1 μL、RNase-free water 9.5 μL。PCR程序為：95 ℃預變性 5 min；95 ℃變性15 s，64 ℃退火15 s（Ube2n）或54 ℃退火20 s（Trim36），72 ℃延伸15 s，共40個循環(huán)。于65～95 ℃下制作溶解曲線。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用2-ΔΔCT法計算目的基因在睪丸中的mRNA水平。采用雙內(nèi)參GAPDH和18S RNA的幾何平均數(shù)進行標準化，以牦牛睪丸的表達量為對照。試驗數(shù)據(jù)以“平均值±標準誤”表示，采用SPSS 18.0軟件對熒光定量數(shù)據(jù)進行t檢驗。

2 結果與分析

2.1 Ube2n和Trim36基因表達的熒光定量PCR分析方法

本研究提取的睪丸RNA質量經(jīng)核酸蛋白檢測儀和瓊脂糖凝膠電泳系統(tǒng)的檢測分析，濃度和質量均符合要求。本試驗建立了牦牛Ube2n和Trim36基因mRNA的定量PCR檢測方法，采用雙內(nèi)參基因進行標準化。目的基因和內(nèi)參基因擴增的特異性高（圖1），擴增效率為98.6%～103.8%，標準曲線線性關系較好（R2約為0.99），符合所用儀器的定量及相應算法要求。

2.2 牦牛和犏牛睪丸組織Ube2n、Trim36基因mRNA水平的比較

對成年牦牛和雄性不育犏牛睪丸中Ube2n、Trim36基因mRNA水平的定量PCR檢測顯示，犏牛睪丸中Ube2n、Trim36基因的mRNA水平分別顯著、極顯著低于牦牛，其中Ube2n mRNA水平相差約2倍，而Trim36 mRNA水平相差10倍以上（圖2）。

3 結論與討論

蛋白質的泛素化是其在細胞中降解的關鍵，在調(diào)節(jié)各種細胞生物學過程（細胞周期、DNA損傷的修復、信號轉導等）中發(fā)揮重要作用，涉及3種酶的參與以及多種修飾模式[8-9]。本研究在mRNA水平證實，2種參與泛素化的酶基因（Ube2n、Trim36）在犏牛睪丸中的表達均顯著下降，提示犏牛睪丸中蛋白質的泛素化降解可能存在異常。牦牛和犏牛睪丸中Ube2n、Trim36基因mRNA的變化趨勢與其蛋白質水平的變化趨勢相同[6]（部分為待發(fā)表資料），進一步驗證了參與泛素化的2種酶在犏牛睪丸中表達異常。

犏牛的雜種優(yōu)勢具有重要的應用價值，但其雄性不育在很大程度上制約了犏牛的高效利用。犏牛睪丸組織中無精子[7]，精子發(fā)生受阻很可能與減數(shù)分裂異常有關。犏牛睪丸中很多與生殖相關的基因表達下調(diào)[2-7]，但與其雄性不育的因果關系尚未明確。犏牛睪丸組織泛素化水平降低與其精子發(fā)生異常是否存在關聯(lián)，需要進一步研究證實。筆者推測，由于犏牛睪丸中多數(shù)蛋白質的表達水平可能下降[2-7]，其泛素化水平的降低很可能是適應蛋白質水平改變的結果。Ube2n和Trim36 mRNA水平在犏牛睪丸中的顯著下降或許不是犏牛雄性不育的關鍵原因，但其機制可能涉及睪丸精子發(fā)生過程中復雜的網(wǎng)絡調(diào)控。精子發(fā)生過程中減數(shù)分裂異常的原因很多，如生殖隔離中減數(shù)分裂前期DNA雙鏈斷裂（DSB）不能修復、染色體聯(lián)會或重組異常等[10]。這種DNA的修復或許直接導致蛋白質泛素化修飾相關酶的改變，已有研究表明，參與DNA雙鏈斷裂修復的蛋白質或DNA損傷可通過一些機制影響其他蛋白質的泛素化[11-12]。雄性不育犏牛睪丸組織Ube2n和Trim36 mRNA水平顯著下降， 是其精子發(fā)生異常所涉及的基因網(wǎng)絡調(diào)控的一部分。

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