下丘脑Kiss1基因的表观遗传修饰与绵羊季节性繁殖相关性研究

Kiss1 gene has been extensively studied recently. It is suggested that Kiss1 is the most potent naturally occurring stimulator for GnRH and gonadotropin secretion and an essential mediator of the seasonal control of reproduction. On the other hand, epigenetic modification plays a critical role in gene regulation. It has been increasingly reported that epigenetic modification is tightly linked to neuroendocrine regulation. Unfortunately, our knowledge of how Kiss1 gene is under the epigenetic control is limited, especially for domestic animals.In this study, we will generate the DNA methylation and histone H3 acetylation profiles for Kiss1 gene in the hypothalamic arcuate nucleus, for both local Small Tail Han sheep (year-round estrus) and Tan sheep (seasonal breeder), and for different seasons (spring and fall) and different reproduction statuses (diestrus,proestrus,estrus and anestrus). We will compare the differences in epigenetic status of Kiss1 gene between the two breeds. Together with the expression profile of Kiss1 gene, we will try to understand the mechanism of how Kiss1 is epigenetically regulated in the hypothalamic arcuate nucleus to mediate seasonal control of reproduction. This study will improve our understanding the molecular basis involved in prolificacy of sheep and provide idea for genetic alteration of the seasonal reproduction in sheep.

Kiss1基因是近年来繁殖生理学领域的研究热点。研究认为它是促性腺激素释放激素的关键上游调节子，并且在性腺轴系统中起到中枢节点的作用。Kiss1系统是调控动物季节性发情最重要的通路之一。表观遗传修饰作为调节基因功能的一种重要手段，在神经内分泌方面的调控作用已有越来越多的报道，但表观遗传修饰对Kiss1基因的调控研究，尤其在家畜方面的相关研究还未见报道。本研究拟采用常年发情的小尾寒羊和季节性发情的滩羊为研究素材，分析它们在不同季节（春、秋）和不同繁殖状态（发情间期、发情前期、发情期和乏情期）时下丘脑弓状核中Kiss1基因DNA甲基化和H3组蛋白乙酰化状态的表观修饰变化，并结合相同繁殖状态下Kiss1基因在两个绵羊品种中的表达情况，初步揭示下丘脑弓状核中Kiss1基因的表观修饰与绵羊常年发情和季节性发情性状的相关性。研究结果可为将来通过分子遗传方法改变绵羊季节性发情性状提供理论基础。

绵羊季节性发情性状会影响羊肉的四季均衡供应，本研究针对下丘脑中促性腺激素释放激素（GnRH）的关键调节因子Kiss1基因，以常年发情和季节性发情的中国本土蒙古羊为研究素材，构建人工自动控光绵羊双侧卵巢摘除并补充雌激素发情模型，分析绵羊在不同发情状态下丘脑中Kiss1基因DNA甲基化和H3组蛋白乙酰化状态的表观修饰变化，并结合相同繁殖状态下Kiss1基因在两个绵羊品种中的表达情况，初步揭示下丘脑弓状核中Kiss1基因的表观修饰与绵羊常年发情和季节性发情性状的相关性。主要结果如下：. (1)成功建立了人工自动控光绵羊OVX+E2模型。光照改变使OVX+E2模型绵羊体内生殖激素的分泌发生了显著变化，但该变化与本试验中正常绵羊3种激素变化趋势一致，暗示OVX+E2处理并不影响绵羊外周血血清中FSH、LH、PRL等生殖激素的分泌。下丘脑中与季节性发情相关的6个基因的表达量随光照呈显著变化，但与正常绵羊发情规律相符。. (2)通过PCR扩增和RACE获得了小尾寒羊、滩羊和苏尼特羊Kiss1基因的全长mRNA序列，并且发现常年发情绵羊和季节性发情绵羊在外显子结构上有显著差异，可能是mRNA的选择性剪接造成。定量检测发现小尾寒羊中Kiss1基因在下丘脑和垂体中的表达量显著高于其它组织；分析小尾寒羊和滩羊下丘脑中Kiss1基因的表达规律发现在两种绵羊中，Kiss1基因发情期、发情前期、黄体期的表达量依次降低，且差异显著（P<0.01）。. (3)获得不同季节和不同繁殖状态下绵羊下丘脑ARC中Kiss1基因的DNA甲基化以及组蛋白H3乙酰化图谱。结果显示不同光照周期处理下绵羊下丘脑ARC中Kiss1基因核心启动子区各个位点的甲基化程度趋势基本一致，平均甲基化程度在不同光照周期处理条件下差异不显著；Kiss1基因启动子区组蛋白乙酰化在发情期显著低于乏情期（P<0.01），Kiss1基因很可能通过乙酰化修饰在发情转换过程中改变基因的表达量来调节发情，但雌激素-ERα复合体对组蛋白乙酰化存在调控作用，下一步需要利用更精细实验手段深入分析。