基于SOM神经网络算法番鸭就巢基因表达的分子机理研究

番鸭就巢性强、年产蛋量少、繁殖性能低，导致饲养成本高。其就巢行为的发生是由多种基因表达产物构成的复杂网络所调控。本研究以番鸭不同就巢群体下脑垂体基因表达谱芯片数据为基础，对差异表达基因进行分析，具体研究内容：（1）番鸭不同就巢性群体的组建，其中包括：非就巢群、低就巢群和高就巢群。（2）运用mRNA差异表达技术（cDNA-AFLP）获得番鸭不同就巢就巢状态基因表达谱（3）采集番鸭就巢期脑垂体组织三种不同就巢状态下(非就巢群、就巢1月群、就巢3月群)的基因表达数据。（4）将自组织神经网络算法（SOM）应用于基因表达谱的分析，以期获得番鸭就巢的主效基因和就巢基因间的互作模式和表达特征。本研究的完成可揭示番鸭不同就巢性群体基因表达变化下所隐藏的调控模式，从而为进一步揭示番鸭就巢发生的分子机理提供依据。

摘要：运用自组织神经网络算法（SOM）对番鸭就巢和产蛋个体的下丘脑、垂体、卵巢组织进行转录本测序的结果进行分析，结果表明：涉及与就巢性状紧密相关的功能基因，有相当部分集中在下丘脑-垂体-性腺轴(HPG)上，如位于Kisspeptin/GPR54信号通路上的GnRH基因，由于Kisspeptin/ GPR54 系统对GnRH脉冲释放的激活起重要作用，GnRH亦能促进垂体分泌GtH，从而促使动物性腺逐步发育成熟。提示Kisspeptin/GPR54在动物发情期启动和发情周期中起重要作用。同时也发现位于GH／IGF轴上的功能基因，即GH基因；进一步对这两个基因在群体中进行验证发现：两个基因发挥作用的方式主要为加性效应，GnRH基因对300日龄产蛋数和最大连产天数的加性效应值分别为-3.53和-3.33，GH基因对最大连产天数的加性效应值为-2.44。同时，克隆了番鸭GnRH基因cDNA全序列，并对获得的序列进行生物信息学分析。其编码区（CDS）长为279bp，编码92个氨基酸。序列比对和同源性分析显示，该基因与绿头鸭（Anas platyrhynchos）和灰雁（Anser），分别为95%和94%；相应的氨基酸序列同源性分别为97%和91%，系统进化分析表明，番鸭下丘脑GnRH基因属于I型。蛋白结构分析结果表明GnRH含有1个Gonadotropin-releasing hormones signature结构域，存在跨膜结构且在第24个氨基酸位置存在1个信号肽。采用cDNA-AFLP (cDNA-amplified fragment length polymorphism)技术分析遗传背景相近的RF系白羽番鸭就巢个体和非就巢个体脑垂体基因表达差异。筛选到与就巢行为相关差异表达片段82条，选取其中15条进行测序。将测序结果在GenBank数据库进行BLAST比较和分析，发现 8个片段(53.3%)与已知基因具有较高同源性，涉及的功能基因有GnRH基因、FSH基因、GH／IGF轴上的GH基因，功能上属于信号传导、转录调控、代谢的调节基因，如超氧化物歧化酶基因等。这个结果验证了SOM对转录本的分析。由此表明可以通过SOM s算法可以在一定程度上，从基因网络的角度描述和揭示番鸭产蛋和就巢群体在基因表达变化下所隐藏的调控模式，从而为进一步揭示番鸭就巢发生的分子机理提供依据。