Gαs基因在MC1R调控羊驼毛色基因途径中的作用机制研究

Rich natural hair color are the important and unique biological characteristic of alpaca. The clarification of the the regulation mechanism of alpaca hair color formation has important theoretical and practical significance for improving animal hair color. It has been proved that the MC1R gene is one of the most important genes regulating alpaca hair color, the newest references and our previous research has found the Gαs gene （one of the main factors in G-protein way）might play a key role in MC1R regulating hair color protein expression of alpaca. The alpaca from Zhonghua Alpaca Breeding Farm will be used in the project. The project will be on the basis of National Nature Science Fund titled "Influence of MC1R gene on hair color protein expressed by alpaca hair follicle stem cells"(30972223). In this study, Gαs gene was cloned and used to interfernce correlative genes in G-protein way in alpaca. In order to clarify the mechanism of hair color formantion regulated by G protein way via Gαs, and to proclaim the relationship between G-protein pathway and hair color formantion in alpaca, the influences of G-protein way on the expression hair color gene and protein regulated by MC1R was investigated in alpaca hair follicle stem cells was studied. Thus, our results will provide a sceintific foundation for further understanding molecular mechanism of animal hair color formaton and for manipulation animal hair color by molecular biological technology.

丰富的天然毛色是羊驼最重要的独特的生物学特性，阐明羊驼毛色形成及基因控制机理，并通过分子生物学手段人工调控动物毛色，使之适合于人类对动物天然毛色的需求具有重大理论和实践意义。MC1R基因是已证明的调控羊驼毛色的最主要基因之一，最新文献及本课题组前期研究发现，G蛋白信号通路中的Gαs基因可能在MC1R基因调控羊驼毛色蛋白表达中起着关键作用。本项目以来自中华羊驼养殖基地的羊驼为研究对象，用分子生物学等技术手段获得Gαs基因，干扰G蛋白相关通路的基因，并获取毛囊干细胞中G蛋白通路对MC1R调控相关毛色基因和毛色相关蛋白的表达，探索在毛囊干细胞中G蛋白信号通路中Gαs基因参与MC1R控制的毛色形成机制，揭示该细胞通路与羊驼毛色形成的关系。从而为阐明动物毛色形成的分子机理、通过分子生物学技术人工调控或改造动物毛色提供科学依据。

【背景】 Gnαs和Gnαq信号调控动物毛色的形成，研究Gnαq与MC1R、MITF、TYR之间的关系对于理解绵羊毛色的形成机制具有重要作用。Gnαs和Gnαq在性腺的发育过程中具有重要作用，探讨Gnαs和Gnαq在雄性睾丸和附睾中的表达特性，为进一步研究Gnαs和Gnαq基因在性腺中的生物学功能提供理论依据。.【研究内容】1）获得Gnαs和Gnαq mRNA序列，预测其生物学特性；2）敲除和瞬转过表达Gnαq，阐明Gnαs和Gnαq蛋白调控绵羊毛色的分子机制；3）iTRAQ技术对不同毛色绵羊皮肤差异蛋白筛选和验证，阐明黑色素形成中相关基因的表达机制；4）探讨Gnαs和Gnαq在绵羊睾丸和附睾中的表达特性，阐明Gnαs和Gnαq在性腺中的生物学功能。.【结果及结论】（1）Gnαs、Gnαq和Gnα11在小鼠和绵羊不同毛色皮肤中均有表达，为G蛋白信号转导通路在调控绵羊被毛颜色方面的研究提供了理论依据。.（2）绵羊皮肤Gnαs和Gnαq基因完整CDS区长度分别为1185bp、1010bp；由394、358个氨基酸组成。.（3）利用iTRAQ技术共获得不同肽段9909个，鉴定1704个蛋白，539个蛋白具有5段及以上的不同肽段的覆盖。筛选获得不同毛色差异蛋白的总数为136个，其中上调蛋白为101个，下调蛋白为35个。.（4）AngII、ACTB和FGA蛋白存在于白色和黑色绵羊皮肤中，且为上调差异蛋白；在黑色绵羊皮肤的表达量显著高于白色绵羊皮肤（P < 0.05）。.（5）不同浓度α-MSH处理黑色素细胞后，Gnαq基因的表达量呈降低趋势，推测Gnαq基因对于黑色素的调控和α-MSH不属于同一信号通路有关。.（6）绵羊黑色素细胞过表达Gnaq基因，MC1R、MITF、TYR三种基因的表达量均上调；敲除Gnaq基因，MC1R、MITF基因的表达量均极显著下调，TYR基因的表达量显著下调，说明Gnaq基因在绵羊毛色形成过程中具有重要的作用。.（7）绵羊性腺中Gnαs和Gnαq表达呈组织特异性和时间依赖性；Gnαs和Gnαq在睾丸精母细胞、精原干细胞、支持细胞、间质细胞和精子，在附睾的主细胞和附睾间质细胞和附睾腔中表达。表明，Gnαq和Gnαs在睾丸的发育、精子的成熟与能量和葡萄糖代谢方面具有重要作用，推测Gnαs可能影响附睾管腔液的组成及精子成熟的微环境，影响精子成熟。