影响鸡蛋蛋壳品质的离子转运调控基因及相关蛋白研究

Employing the genetic approach to improve eggshell quality is a more effective method to decrease the economic losses due to eggshell cracks, and differences in mechanism of eggshell formation may be the crucial reasons for variation in eggshell quality. The ion transfer/regulattion genes and proteins may by affecting crystal structure and orientation to ultimately influence eggshell quality in the rapid period of calcium carbonate deposition. This project is conducted to investigate the effect of ion transfer/regulattion genes and proteins on eggshell quality. Firstly, we analyze the assocaition of polymorphism (SNPs) and expression of ion transfer/ regulation genes on eggshell quality. Second, the combination of ion transporter inhibitor technology and differential proteomic analysis is used to screen the major transporters involved in eggshell calcification. Then the protein-protein interaction research is performed to screened the core proteins. At last the target proteins were verified by crystal growth experiment in vitro. The results of this project provide new sight in the association of ion tranfer/regulation genes and proteins with eggshell quality, and the significant genes, SNPs and proteins are the basis for the further research fo molecular mechanism of eggshell quality.

通过遗传育种手段改善蛋壳品质，是减少因蛋壳破损导致的经济损失的主要措施。遗传因素是造成蛋壳品质差异的关键因素，在蛋壳的快速矿化时期，离子转运调控基因和相应的蛋白很可能通过调控碳酸钙沉积，从而导致蛋壳晶体结构和蛋壳品质的改变。本研究以蛋鸡子宫部离子转运调控相关的基因和蛋白为研究对象，分析其对蛋壳品质的影响。首先，分析离子转运调控基因多态性（SNPs）和表达量与蛋壳品质之间的关联性；第二，结合离子转运抑制试验和比较蛋白质组学筛选子宫上皮细胞中参与蛋壳矿化的关键离子转运调控蛋白,并通过蛋白质-蛋白质相互作用研究，建立子宫部离子转运调控的蛋白作用网络，筛选最核心的调控蛋白；第三，通过体外模拟蛋壳晶体生长试验，验证核心蛋白对蛋壳晶体生长的影响。本研究结果对揭示蛋鸡子宫内离子转运调控机制与蛋壳品质的关联性有重要意义，鉴定获得的功能基因和核心蛋白可为揭示影响蛋壳品质的分子调控机理奠定基础。

蛋壳是一种天然的多孔性生物材料，因蛋壳破损造成的经济损失不容小觑。在蛋壳的快速矿化时期，离子转运调控基因和相应的蛋白可以通过调控碳酸钙沉积，从而导致蛋壳晶体结构和蛋壳品质的改变。本项目对鸡子宫部的离子转运调控机制开展研究，并分析了全基因组范围内影响蛋壳品质性状的基因组区域与候选基因。首先，分析了离子转运调控基因多态性（SNPs）与蛋壳品质之间的关联性。确定了15个离子转运候选基因，包括ATP2A3、ATP2B1、ATP2B2、CA7、CLCN5、ITPR1、ITPR2、KCNJ16、KCNJ2、KCNMA1、SCNN1A、SCNN1B、SCNN1G、SLC4A5、SLC8A3。这些基因中ATP2A3和SLC4A5对蛋壳强度、蛋壳厚度、蛋壳重量的影响都非常显著。能够解释的表型方差在0.24%-4.14%之间。第二，分析了蛋壳超微结构在全基因组范围内的关联基因，分别鉴定到719, 784, 1 和10个SNP位点与蛋壳厚度、有效层厚度、乳突层厚度、乳突密度相关。从中鉴定到一些与蛋壳超微结构相关的候选基因，如ABCC9, ITPR2, KCNJ8 和 WNK1。它们与离子转运相关，由此影响蛋壳厚度和有效层厚度。而ITM2C和KNDC1基因影响乳突层厚度和乳突密度。第三，验证候选基因在子宫部的表达，通过高/低强度模型定量表达分析，发现 CALB1基因在高强度组子宫中的表达量是低强度组的3倍；而与此相反的是DMP4基因，其表达量在低强度组子宫中上调，为高强度组2陪，均为重要候选基因。最后，分析高低组子宫液的代谢物质差异，并验证差异物质在体外蛋壳矿化中的作用。采用液相色谱-质谱方法，确定6种候选物质可能影响蛋壳品质：1)甘油二酯、磷脂酰胆碱，它们参与细胞内钙离子转运通路；2)利塞膦酸钠和维拉帕米，它们是钙离子通道阻断剂；3)胆绿素、粪卟啉III等蛋壳色素物质，可与碳酸钙晶体结合。通过体外晶体长生试验发现，胆绿素明显影响晶体生长与形态。