卵子发育过程中染色质重构和基因转录调控

基因转录调控机制与胚胎发育的遗传调控胚胎发育是一个复杂的过程，它涉及到基因的表达和调控。

在这个过程中，基因的转录调控机制起着重要的作用，它决定了基因在特定的时间和空间内是否会被转录成RNA，并影响RNA的处理和翻译。

本文将介绍基因转录调控机制和胚胎发育的遗传调控间的关系。

基因转录调控机制基因的转录调控是一种复杂的过程，它受到内部和外部环境的影响。

从基因DNA序列的读取开始，转录因子负责绑定到DNA并与调节序列相互作用，以启动或抑制启动转录。

这些调节序列包括启动子和增强子等。

启动子是在基因起始点附近的一个区域，通常包含核苷酸序列TATA box和CAAT box。

增强子是在基因起始点上游或下游的特定区域内的一种序列，它可以增强或抑制基因的转录。

这些序列的存在使得转录因子能够通过相互作用来调节基因的表达。

在DNA上结合了转录因子之后，转录因子可以与共刺激因子和共抑制因子等合作来启动或抑制转录。

共刺激因子通常包括泛素化的蛋白激酶，活化转录因子和CREB（cAMP反应元素结合蛋白）等。

共抑制因子通常包括组蛋白去乙酰化酶和CHD3（染色质开放复合物）等。

这些互相作用的因子的存在使得转录因子能够对基因表达进行更深入的调节。

胚胎发育的遗传调控在胚胎发育过程中，基因的表达和调控是非常重要的。

正常的胚胎发育依赖于一些调控因子的存在，这些调控因子与基因的转录调控机制的相互作用，使得胚胎在不同阶段的发育中能够保持适当的表达水平。

在早期的胚胎发育中，一些关键的调控因子对于细胞分化和细胞命运的决定至关重要。

例如，在哺乳动物中，调控因子Nanog、Sox2和Oct4等对于维持胚胎发育前体细胞的前体状态具有重要作用。

同时，一些其他的调控因子通常也在这一阶段被表达，并且它们之间存在复杂的相互作用。

随着胚胎的发育，这些调控因子的表达水平也会发生变化。

例如，调控因子Nanog、Sox2和Oct4在胚胎早期表达水平较高，在发育后期则表达水平较低，而其它调控因子则在不同阶段表达不同的基因。

基因转录调控的机制及其研究方法基因转录调控是指基因在转录过程中受到调控的一系列机制，其主要作用是使细胞能够根据自身需要在不同的生长发育过程中产生不同的基因表达方式，从而实现动态平衡和适应性变化。

基因转录调控的机制非常复杂，其主要包括转录因子作用、染色质重塑、RNA加工和翻译调控等，其中转录因子作用是其中最重要的一环。

转录因子是一类能够能够与DNA结合并介导转录调控的蛋白质，它们可以促进或抑制基因的转录，从而影响基因表达的稳定性和动态性。

转录因子通过与DNA结合来调节基因的表达，其主要作用是在转录启动子上结合，同时与RNA聚合酶及其辅助因子相互作用，从而影响基因转录的各个环节。

转录因子作用的过程主要包括转录调控结构域的识别、转录因子与DNA序列的结合、转录因子与辅助因子相互作用以及转录启动复合物的形成等过程，这些过程中均受到信号传导和表观遗传调控等因素的影响。

因此，研究基因转录调控的机制需要采用多种细胞生物学、分子生物学和生物信息学技术。

目前，研究基因转录调控的主要方法有基因表达谱分析、蛋白质组学、转录因子网络分析、基因敲除和突变分析等多种手段。

其中，基因表达谱分析是通过高通量测序技术以及微阵列等技术来研究基因的表达谱，可以揭示不同生物体或组织在不同环境或生理状态下的基因表达变化情况。

蛋白质组学则是通过质谱技术等手段来分析细胞中的蛋白质组成和功能，从而阐明转录因子与其他蛋白质之间的相互作用关系。

转录因子网络分析则利用数据挖掘等技术来分析转录因子与转录因子之间的调控关系，揭示基因转录调控的复杂网络结构。

基因敲除和突变分析可以用来研究基因缺失或突变对基因转录调控的影响，从而推断不同转录因子的作用机制及其在生物体内的作用。

在基因转录调控的研究中，常规的实验操作包括构建靶向转录因子的RNAi或shRNAi基因，并观察其对基因表达的影响。

此外，也可以通过基因编辑技术或质粒转染等手段来破坏或靶向基因中的启动子或转录因子结合位点，从而阻碍或增强特定转录因子的作用。

卵子发生过程中表观遗传学的变化摘要：卵子发生过程中染色质结构发生了显著的变化，并且基因转录活性也发生了相应的改变；而表观遗传修饰在染色质重构和基因转录调节中发挥了重要的作用。

在卵子发生过程中表观遗传信息都发生了较大变化，包括DNA甲基化作用、组蛋白修饰作用、染色质重塑、遗传印记、非编码RNA等。

本文对卵子发生过程中的表观遗传学信息变化进行综述。

关键词：卵子发生表观遗传学变化 DNA甲基化遗传印记非编码RNA尽管生物体的每个体细胞都含有相同的基因组，但是在不同细胞的不同时期，基因的表达并不相同。

表观遗传学(epigenetics)是阐明基因组功能及基因表达的关键研究领域之一[1]。

它主要研究DNA序列不变的情况下基因表达改变的修饰，这种修饰不仅可以影响个体发育，而且还可以遗传给子代。

表观遗传学研究包括DNA甲基化、组蛋白修饰(histone modifications)、非编码RNA(non-coding RNAs，ncRNAs)调控、基因组印记等几个方面，任何一方面的异常都将影响染色质结构和基因表达。

而卵子的发生过程又经历了减数分裂、有丝分裂、和染色体重组等相当复杂的过程；因此，在卵子发生过程中表观遗传信息都发生了较大的变化，同时了解在其过程中表观遗传信息的变化对于研究后代遗传信息的改变至关重要。

1 卵子的发育卵细胞发育在卵巢内进行，经历增殖期、生长期和成熟期3 个发育阶段。

哺乳动物在胚胎期由卵黄囊内胚层经过变形运动沿后肠系膜迁移到生殖腺的原始生殖细胞，在性别分化后形成卵原细胞，经过一定次数的有丝分裂增加同类型细胞的数量，然后由卵原细胞发育形成初级卵母细胞。

继而，初级卵母细胞进行生长、发育，积累各种营养物质，进行卵质分化及结构建造，合成和贮存胚胎发育所需的各类信息。

初级卵母细胞完成生长后，进行两次成熟分裂。

在此过程中出现两个停滞现象。

第1 次停滞是在第1 次成熟分裂的前期（MⅠ）的双线期，此时，高度分散的染色质周围有完整的核膜，称为生发泡期（germinal vesicle，GV），卵在等待促性腺激素的信号或从抑制卵泡发育的环境中释放；第2 次停滞在第2 次减数分裂中期（MⅡ），卵等待受精。

生物体发育过程中的分子调控机制在生物学领域中，生物体发育过程中的分子调控机制一直是研究的热点之一。

生物体的发育是指从受精卵开始，经过一系列精密的分化和定向发育过程，最终形成一个组织结构完整、功能齐全的成熟个体。

在这个过程中，分子调控机制起着至关重要的作用，它指导着细胞的分化、组织的形成以及器官的发育。

本文将从几个关键的分子调控机制入手，探讨其在生物体发育过程中的作用。

首先，基因调控是生物体发育中最重要的分子调控机制之一。

基因是指生物体遗传信息的载体，也是决定生物体发育命运的重要因素。

在发育过程中，不同基因的表达被严格调控，以使胚胎和组织能够按照特定的程序和方向发育。

基因调控主要通过转录因子、启动子和转录调控区域的相互作用来实现。

转录因子是一类结合在基因启动子上的蛋白质，它们能够通过识别和结合不同的DNA序列，激活或抑制基因的转录。

同时，转录因子间的协同作用也是基因调控中的重要环节。

通过这些机制，基因调控能够在生物体发育过程中确保基因的准确表达，从而实现细胞分化和组织形成。

其次，细胞信号传导是生物体发育中的另一个重要分子调控机制。

细胞信号传导是指细胞间通过分子信号相互作用来调节细胞功能的一系列过程。

它在生物体发育过程中起着承上启下的作用，能够传递外界刺激信号，调控细胞的增殖、分化和迁移。

细胞信号传导的方式多种多样，包括细胞黏附、细胞因子信号、神经递质、激素和生长因子等。

这些信号通过与细胞表面受体结合，触发一系列的信号转导通路，最终调控靶基因的表达。

细胞信号传导的精确调控源于细胞内外信号的交叉反馈和调控网络的形成，为生物体发育提供了精细的调控机制。

此外，非编码RNA（non-coding RNA）的作用在生物体发育过程中也引起了广泛的关注。

非编码RNA是指不能编码蛋白质的RNA分子，它们占据了生物体基因组的大部分，但其功能和调控机制一直是未知领域。

然而，随着研究的深入，人们逐渐认识到非编码RNA在生物体发育中发挥着重要的作用。

《发育生物学》课后习题答案《发育生物学》课后习题答案绪论1、发育生物学的定义，研究对象和研究任务？答：定义：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。

研究对象：主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老死亡，即生物个体发育中生命现象发展的机制。

同时还研究生物种群系统发生的机制。

2、多细胞个体发育的两大功能？答：1.产生细胞多样性并使各种细胞在本世代有机体中有严格的时空特异性；2.保证世代交替和生命的连续。

3、书中所讲爪蟾个体发育中的一系列概念？答：受精：精子和卵子融合的过程称为受精。

卵裂：受精后受精卵立即开始一系列迅速的有丝分裂，分裂成许多小细胞即分裂球，这个过程称为卵裂。

囊胚：卵裂后期，由分裂球聚集构成的圆球形囊泡状胚胎称为囊胚。

图式形成：胚胎细胞形成不同组织，器官和构成有序空间结构的过程胚轴：指从胚胎前端到后端之间的前后轴和背侧到腹侧之间的背腹轴4、模式生物的共性特征？答：a.其生理特征能够代表生物界的某一大类群；b.容易获得并易于在实验室内饲养繁殖；c.容易进行试验操作，特别是遗传学分析。

5、所讲每种发育生物学模式生物的特点，优势及其应用？答：a.两粞类——非洲爪蟾取卵方便，可常年取卵，卵母细胞体积大、数量多，易于显微操作。

应用：最早使用的模式生物，卵子和胚胎对早期发育生物学的发展有举足轻重的作用。

b.鱼类——斑马鱼受精卵较大，发育前期无色素表达，性成熟周期短、遗传背景清楚。

优势：a,世代周期短；b,胚胎透明，易于观察。

应用：大规模遗传突变筛选。

c.鸟类——鸡胚胎发育过程与哺乳动物更加接近，且鸡胚在体外发育相对于哺乳动物更容易进行试验研究。

应用：研究肢、体节等器官发育机制。

d.哺乳动物——小鼠特点及优势：繁殖快、饲养管理费用低，胚胎发育过程与人接近，遗传学背景较清楚。

应用：作为很多人类疾病的动物模型。

e.无脊椎动物果蝇：繁殖迅速，染色体巨大且易于进行基因定位。

酵母：单细胞动物，容易控制其生长，能方便的控制单倍体和二倍体间的相互转换，与哺乳动物编码蛋白的基因有高度同源性。

细胞染色质重构及其在基因转录调控中的作用研究细胞是生命的基本单位，而细胞核则承担着控制生命活动的重要职责。

在细胞核的维持和调控中，细胞染色质重构起着重要作用。

细胞染色质的结构非常紧密，浓缩了大量DNA，这使得基因的表达受到多种调控因素的影响。

本文将深入探讨细胞染色质重构以及其在基因转录调控中的作用研究。

一、细胞染色质重构的意义细胞染色质的结构非常复杂。

在细胞分裂过程中，染色质既要维持紧密聚集的状态，又要使基因在基因表达过程中能顺畅进行。

因此，细胞染色质的结构一直是生物学家们关注的重点。

基因转录调控中，细胞染色质结构变化是一个非常重要的环节。

细胞染色质的卷曲程度会影响RNA聚合酶的活性和结合，从而直接影响基因的转录和表达。

二、细胞染色质的结构与重构染色质的结构非常复杂，由DNA、RNA和蛋白质组成，而蛋白质在染色质中的含量主导着染色质的组织结构。

染色质结构中的核小体是由8个不同蛋白质组成的核小体蛋白组成的。

当细胞将DNA分裂成染色体时，染色质会随着染色体的复制而重组。

细胞染色质被一个名为“染色质重塑机”（chromatin remodeling enzymes）的酶复制和重组。

这些酶能够切割DNA链，允许RNA和其他蛋白质进入DNA序列中。

这些重组过程可以影响DNA上复合特定核小体蛋白质的位置，进而调整基因的表达。

三、细胞染色质的重构与基因转录调控的关系细胞染色质的组织结构在整个基因转录调控过程中起着至关重要的作用。

细胞染色质的卷曲程度能够影响RNA聚合酶的活性和结合，从而直接影响基因的转录和表达。

而细胞染色质的结构变化就是基因转录准备和启动的重要步骤之一。

在基因转录调控中，染色质重构机器通过切割DNA链和通过蛋白质组成的核小体的复制，使RNA聚合酶能够更容易地接近染色质，从而启动基因表达过程。

染色质重构还促进与染色质相互作用的蛋白质定位，从而调整细胞核中DNA的复制和修复。

四、结论通过细胞染色质的重构在基因表达过程中，可以有效地控制蛋白质合成的方式和数量，从而控制整个细胞的生长和发育等。

畜牧兽医学报 2023,54(9):3613-3622A c t a V e t e r i n a r i a e t Z o o t e c h n i c a S i n i c ad o i :10.11843/j.i s s n .0366-6964.2023.09.003开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):蛋鸡卵泡发育及其表观遗传调控机制研究进展茹 盟,曾文惠,彭剑玲,曾庆节,殷 超,崔 勇,魏 庆,梁海平,谢贤华*,黄建珍*(江西农业大学动物科技学院,南昌330045)摘 要:家禽的繁殖性能㊁产蛋性能与卵泡的正常发育和排卵密切相关㊂家禽卵巢中大部分的卵泡在发育过程中发生闭锁,只有大约不到5%的卵泡可以从原始卵泡发育至成熟卵泡并排卵㊂鸡的卵泡发育主要受内在因素(激素和细胞因子等)和外在因素(营养水平等)调节㊂近来,越来越多的研究发现表观遗传也在卵泡发育中起着重要的调控作用㊂表观遗传学是指在D N A 序列不发生改变的情况下,基因表达及表型产生可遗传的变化㊂因此,文章综述了蛋鸡卵泡发育的过程及主要影响因素,同时从D N A 甲基化㊁组蛋白修饰㊁非编码R N A 调控以及R N A 修饰4个方面综述了表观遗传在卵泡发育中的可能调控机制,旨在为提高家禽生产性能提供一定的理论基础㊂关键词:蛋鸡;卵泡发育;影响因素;表观遗传中图分类号:S 831.3 文献标志码:A 文章编号:0366-6964(2023)09-3613-10收稿日期:2023-03-15基金项目:国家自然科学基金(31960690;31460648)作者简介:茹 盟(1996-),女,河南新乡人,博士生,主要从事动物营养代谢病及其表观调控研究,E -m a i l :1814230475@q q.c o m *通信作者:谢贤华,主要从事动物遗传育种与繁殖研究,E -m a i l :x i e x i a n h u a 19880521@163.c o m ;黄建珍,主要从事动物营养代谢病及其表观调控研究,E -m a i l :h a n g813813@163.c o m R e s e a r c h P r o g r e s s o n F o l l i c l e s D e v e l o p m e n t o f H e n s a n d I t s E p i ge n e t i c R e g u l a t o r y Me c h a n i s m R U M e n g ,Z E N G W e n h u i ,P E N G J i a n l i n g ,Z E N G Q i n g j i e ,Y I N C h a o ,C U I Y o n g ,W E I Q i n g,L I A N G H a i p i n g,X I E X i a n h u a *,HU A N G J i a n z h e n *(C o l l e g e o f A n i m a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,J i a n g x i A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ,N a n c h a n g 330045,C h i n a )A b s t r a c t :T h e r e p r o d u c t i v e p e r f o r m a n c e a n d e g g p r o d u c t i o n p e r f o r m a n c e o f p o u l t r y i s c l o s e l y re -l a t e d t of o l l i c l e s d e v e l o p m e n t a n d o v u l a t i o n .I n p o u l t r y ov a r i e s ,l e s s t h a n 5%o f f o l l i c l e s c a n d e -v e l o p fr o m p r i m o r d i a l f o l l i c l e t o m a t u r e f o l l i c l e a n d o v u l a t e ,a n d m o s t f o l l i c l e s b e c o m e a t r e s i a d u r i n g d e v e l o p m e n t .T h e d e v e l o p m e n t o f f o l l i c l e s i s i n f l u e n c e d b y in t r i n s i c f a c t o r s a n d e x t r i n s i c f a c t o r s .R e c e n t l y ,m a n y s t u d i e s h a v e f o u n d t h a t e p i g e n e t i c m e c h a n i s m a l s o p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e r e g u l a t i o n o f f o l l i c l e d e v e l o p m e n t .E p i g e n e t i c s i s h e r i t a b l e c h a n g e s i n g e n e e x pr e s s i o n a n d p h e n o t y p e w i t h o u t c h a n g i n g i n t h e D N A s e qu e n c e .T h e r e f o r e ,t h e r e v i e w d e s c r i b e d t h e p r o c e s s o f f o l l i c l e d e v e l o p m e n t a n d t h e m a i n i n f l u e n c i n g f a c t o r s i n f o l l i c l e d e v e l o p m e n t i n l a y i n gh e n s .M o r e o v e r ,i n t h i s r e v i e w ,t h e p o s s i b l e e p i g e n e t i c s r e g u l a t o r y m e c h a n i s m s i n c l u d i n g DN A m e t h y l a t i o n ,h i s t o n e m o d i f i c a t i o n ,n o n -c o d i n g R N A r e gu l a t i o n a n d R N A m o d i f 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s)包括肉鸡(产肉)和蛋鸡(产蛋),在我国具有巨大的农业生产价值㊂在生产中,鸡蛋是优选蛋白来源之一,含有人类全部的必需氨基酸且所含营养物质易吸收,是最主要的经济来源[1]㊂蛋鸡产蛋全程可分为3个阶段:产蛋前期㊁高峰期和后期㊂从产第一颗蛋到产蛋率达到80%之前的这段时间是产蛋前期,在此之后,蛋鸡产蛋率大幅度上升进入产蛋高峰期;高峰期维持一段时间之后,蛋鸡产蛋率会慢慢下降至80%,此时为产蛋后期㊂如今生产上一般通过调控外在因素来提高蛋鸡产蛋率,然而禽蛋生产仍未达到最优化㊂蛋鸡过快进入产蛋后期导致蛋鸡的产蛋率从产蛋高峰的90%急速下降到50%~70%㊂产蛋率下降的主要原因是等级前卵泡数量下降㊁闭锁和退化卵泡增加,进入等级的排卵前卵泡数量降低,从而导致排卵率降低[2]㊂在畜禽的研究中,表观遗传调控可能通过激活或者是沉默卵泡发育过程中的关键基因来调控这一过程,因此深入研究表观遗传调控机制可能对提高蛋鸡产蛋率有一定的指导意义㊂1蛋鸡卵泡的发育蛋鸡右侧卵巢在生长过程中发生退化,只有左侧卵巢正常发育并具有生殖能力㊂性成熟后左侧卵巢由大小不同的卵泡通过卵巢系膜韧带连接成一串葡萄状㊂卵泡根据发育程度不同分为原始卵泡㊁初级卵泡㊁次级卵泡和成熟卵泡㊂成熟卵泡主要由膜细胞层㊁颗粒细胞层和卵母细胞层组成,主要成分是卵黄蛋白原(v i t e l l o g e n i n,V T G)㊁极低密度脂蛋白y (v e r y l o w-d e n s i t y l i p o p r o t e i n y o l k-t a r g e t e d,V L D L y)和活性蛋白(主要包括α㊁β㊁γ蛋白)[3]㊂在卵泡发育过程中,卵泡的不同细胞层也随之增殖分化㊂膜细胞层在次级卵泡中出现并分化成㊁内外两层,当卵泡发育至成熟卵泡后变厚,且内㊁外两层更为明显㊂在原始卵泡中,颗粒细胞层未分化,为扁平状,在次级卵泡中变为多层,当卵泡发育成成熟卵泡后又变为单层,且体积增大㊂卵母细胞层一直处于初级卵母细胞状态,直至卵泡发育至成熟卵泡后才发育成次级卵母细胞,之后卵泡破裂,卵母细胞逸出,遗留下来的组织被称为排卵后卵泡(p o s t o v u l a t o r y f o l l i-c l e,P O F)[4]㊂在完成排卵之后,家禽P O F不能像哺乳动物卵泡一样形成黄体,而是开始逐渐退化,并在几天后消失[5]㊂家禽卵泡发育是一个连续且分级的过程,原始卵泡发育后向卵巢皮质表面凸出,形成等级前卵泡,之后经卵泡选择进入等级卵泡期,然后依次进行排卵或卵泡闭锁终止,其发育过程如图1所示㊂功能成熟的卵巢中含有数百个等级前卵泡[6],包括小白卵泡(s m a l l w h i t e f o l l i c l e s,S W F s)㊁大白卵泡(l a r g e w h i t e f o l l i c l e s,L W F s)㊁小黄卵泡(s m a l l y e l l o w f o l l i c l e s,S Y F s)和5~7个生长中的排卵前卵泡(其按体积顺序划分为F N㊁ ㊁F4㊁F3㊁F2和F1),以及5~7个P O F[7-8]㊂国内外大量研究发现,不同等级卵泡分类有着不同的方法,具体见表1㊂在产蛋高峰期时,生殖活跃的母鸡的卵巢每天募集1个S Y F 发育至等级卵泡[9],等级卵泡继续快速生长发育,从F6卵泡发育到F1卵泡,直到排卵㊂然而母鸡一生中超过95%的卵泡没有发育至成熟排卵,它们在发育过程中发生退化㊁解体,最后被吸收[10]㊂鸡卵泡的生长发育在很大程度上是通过卵黄的积累完成的㊂卵黄蛋白通过血管化的卵泡细胞膜层进入卵泡后,穿过基膜,通过颗粒细胞(g r a n u l o s a c e l l s,G C s)之间的紧密连接进入卵母细胞[11],该过程是由极低密度脂蛋白(v e r y l o w-d e n s i t y l i p o p r o t e i n,V L D L)受体介导的胞吞作用完成的[12]㊂表1卵泡的分类T a b l e1C l a s s i f i c a t i o n o f f o l l i c l e s序号S e r i a l n u m b e r分类方法S o r t i n g t e c h n i q u e参考文献R e f e r e n c e 1S W F(1~2mm),L W F(3~5mm),S Y F(6~8mm),F6(9~12mm),F5-F1(9~40mm)[13-14] 2S W F(2~4mm),L W F(4~6mm),S Y F(6~8mm)[15] 3S W F(1~3mm),L Y F(3~5mm),S Y F(6~8mm)[16] 4卵泡(3~5mm㊁6~8mm㊁>8mm)[17] 5S Y F(5~8mm),F6(9~12mm)[18] 6L W F(2~4mm),S Y F(4~8mm)[19] 41639期茹盟等:蛋鸡卵泡发育及其表观遗传调控机制研究进展当母鸡产蛋率到达产蛋后期时,母鸡卵巢中大多数卵泡(等级前卵泡)发生卵泡闭锁㊂细胞凋亡使禽类卵泡发生闭锁,且主要是颗粒层细胞的凋亡[20]㊂但最近的研究表明,自噬在卵泡发育中也起着重要的作用[21]㊂自噬是指在自噬基因的调控下自身细胞成分和受损细胞器受到溶酶体降解的过程,是生殖细胞的一种自我保护机制[22-23]㊂研究发现,卵泡刺激素(f o l l i c l e-s t i m u l a t i n g h o r m o n e, F S H)通过低氧诱导因子1α(h y p o x i c-i n d u c i b l e f a c-t o r-1α,H I F-1α)信号诱导卵巢G C s自噬来促进卵泡闭锁[24],然而F S H也可以抑制卵巢G C s自噬来增强细胞活力[25]㊂因此,细胞凋亡和自噬对于蛋鸡卵泡发育至关重要,这将确保蛋鸡在产蛋期间有足够的卵泡可发育成成熟卵泡㊂图1家禽卵泡发育过程F i g.1T h e p r o c e s s o f f o l l i c u l a r d e v e l o p m e n t i n p o u l t r y2影响蛋鸡卵泡发育的主要因素蛋鸡卵泡发育过程受到许多内在和外在因素的调控,内在因素主要包括激素及细胞因子的调节,外在因素主要是营养水平的调节和氧化应激㊂2.1内在因素对卵泡发育的调节2.1.1激素对卵泡发育的调节鸡的卵泡发育受下丘脑-垂体-卵巢(h y p o t h a l a m i c-p i t u i t a r y-o v a r i a n, H P O)轴上的多种激素共同调控㊂下丘脑分泌的促性腺激素释放激素(g o n a d o t r o p h i n r e l e a s i n g h o r-m o n e,G n R H)主要是通过控制促性腺激素的分泌而发挥对卵泡发育的调节作用[26]㊂垂体分泌的促性腺激素是黄体生成素(l u t e i n i z i n g h o r m o n e,L H)和F S H,主要影响卵巢类固醇激素的合成㊂在蛋鸡体内,适宜的F S H和L H浓度可以迅速地刺激卵泡生长㊁发育和排卵,从而增加产蛋量[27]㊂类固醇激素(如孕激素和雌激素)合成于卵巢和卵泡,是维持卵泡正常发育㊁增强动物繁殖性能所必需的,其合成途径如图2所示㊂孕激素(p r o g e s t e r o n e,P)有促进排卵的作用㊂雌激素(e s t r a d i o l,E2)是禽类雌性动物卵巢发育的关键调节物,具有调节性腺分化和发育㊁生殖行为及肝脏中卵黄前体物质合成的功能㊂蛋鸡卵泡发育还受其他内分泌激素的影响,比如胃促生长素(g h r e l i n)[28]㊁k i s s p e p t i n[29]㊁瘦素(l e p-t i n)[30]等㊂2.1.2细胞因子对卵泡发育的调节转化生长因子β超家族(t r a n s f o r m i n g g r o w t h f a c t o r-β, T G F-β)㊁表皮生长因子(e p i d e r m a l g r o w t h f a c t o r, E G F)和其他细胞因子是影响蛋鸡卵泡发育的重要因素[31-32]㊂在鸡卵泡的发育过程中,Z h o u等[33]研究发现T G F-β1可刺激G C s分泌胶原蛋白,促进膜细胞增殖,从而通过细胞间的通讯促进卵泡的发育㊂E G F可通过参与S m a d s信号通路㊁T A C E/A D-AM17信号通路㊁MA P K信号通路等多种与卵泡发育相关的信号通路来调控家禽卵泡的发育[34]㊂因此,这些细胞因子具有调控细胞增殖与分化㊁类固醇激素生成㊁卵泡选择㊁控制排卵率的作用[35]㊂2.2外在因素对卵泡发育的调节2.2.1蛋鸡营养水平对卵泡发育的调节日粮能量充足是蛋鸡生殖性能的保障㊂研究表明,在日粮中保持适当的能量水平可提供足够的能量和营养摄入,以满足其体重增加㊁骨骼和生殖系统发育的需5163畜 牧 兽 医 学 报54卷图2 家禽类固醇激素的生成过程[31]F i g .2 T h e p r o c e s s o f s t e r o i d h o r m o n e s p r o d u c t i o n i n p o u r t y[31]求[36]㊂然而,营养过剩会导致鸡体重增加至过肥,引起多囊卵巢综合症[37]㊁脂肪肝[38]等代谢性疾病,从而导致鸡产蛋率急剧下降甚至死亡,最终造成巨大的经济损失㊂长期的高糖高脂饮食会造成机体高胰岛素血症和高脂血症,使卵巢卵泡发育受损[39],降低血清中类固醇激素(包括P ㊁E 2和睾酮)的水平[40]㊂相较于自由饮食,8~18周龄蛋鸡进行适当的能量限制(85.97%,2450k c a l AM E n㊃k g -1)可以提高蛋鸡整个产蛋期的蛋重和产蛋量[41]㊂由此可知,营养水平是蛋鸡产蛋性能的重要影响因素㊂2.2.2 环境对卵泡发育的调节 卵巢氧化应激是影响蛋鸡卵泡发育的重要外界因素㊂L i 等[42]研究发现,热应激通过激活F a s L /F a s 和肿瘤坏死因子(t u m o r n e c r o s i s f a c t o r -α,T N F -α)通路诱导细胞凋亡,导致等级卵泡数量减少,闭锁卵泡增加,蛋鸡产蛋率急剧下降,从而降低蛋鸡的产蛋性能㊂此外,遮光也可以造成蛋鸡卵巢氧化应激,其通过各种途径影响蛋鸡卵泡发育,从而降低其产蛋效率[43]㊂研究发现,抗氧化剂可以缓解蛋鸡卵巢的氧化应激,从而改善蛋鸡的卵泡发育,提高蛋鸡产蛋性能[44]㊂这可能是缓解环境对卵泡发育影响的有效措施之一㊂3 卵泡发育的表观遗传调控机制动物卵泡的发育涉及基因有序的转录激活和抑制等一系列复杂的生命过程,这对雌性的繁殖性能至关重要㊂在D N A 序列不改变的前提下,表观遗传修饰引起基因表达改变或细胞表型发生变化是卵泡发育中重要的调控机制之一[45]㊂表观遗传主要通过D N A 甲基化㊁组蛋白修饰㊁非编码R N A 调控㊁R N A 修饰以及染色质重塑等5种方式在转录和转录后水平对卵泡发育相关基因的表达进行调控㊂3.1 卵泡发育的D N A 甲基化调控D N A 甲基化是指在D N A 甲基转移酶(D N Am e t h yl t r a n s f e r a s e s ,D NMT s )的催化下,以S -腺苷甲硫氨酸(S -a d e n o s i n e m e t h i o n i n e ,S AM )作为甲基供体,将胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶(5-m e t h yl -c yt o s i n e ,5m C )的过程[46]㊂这是一种在转录水平调控基因表达的表观遗传修饰方式,也是目前了解和研究最多的表观遗传调控机制之一㊂大量研究发现,D N A 甲基化与卵泡发育之间存在密切联系㊂例如,大麻处理的小鼠卵巢颗粒细胞出现D N A 甲基化水平增加,且其中三分之二的D N A 甲基化差异位点影响基因的转录[47]㊂多囊卵巢综合征(p o l y-c y s t i c o v a r i a n s y n d r o m e ,P C O S )患者的血清㊁卵巢㊁下丘脑㊁骨骼肌㊁脂肪组织均检测到基因的异常D N A 甲基化,且这些基因所在的通路与P C O S 的胰岛素抵抗㊁脂质代谢和卵泡发育密切相关[48]㊂另有研究表明,与类固醇合成相关基因[49-50]及与卵泡凋亡和细胞周期相关基因的异常D N A 甲基化会导致卵泡发育异常[51]㊂D N A 甲基化异常甚至可以导致细胞癌变,表现为总体上甲基化水平降低而局部甲基化水平升高[52]㊂D N A 甲基化主要发生在启动子区域C p G 岛㊂C p G 差异甲基化区(d i f f e r e n t i a l m e t h y l a t e d r e gi o n s ,D M R s )是重要的表观遗传修饰标记和参与基因转录的功能区[53]㊂正常情况下,G C s 启动子区域的C pG 岛发生甲基化,抑制基因的61639期茹盟等:蛋鸡卵泡发育及其表观遗传调控机制研究进展转录,细胞发育正常,而在卵巢癌中,C p G岛不发生甲基化,下游基因被激活,细胞发育异常(图3)[54]㊂因此,蛋鸡也可以作为动物模型来研究人类卵巢癌[55]㊂图3D N A甲基化在颗粒细胞发育中的作用[54]F i g.3T h e r o l e o f D N A m e t h y l a t i o n i n g r a n u l o s a c e l l d e v e l o p m e n t[54]3.2卵泡发育的组蛋白修饰调控组蛋白修饰也是调控卵泡发育的主要表观调控机制之一,主要通过组蛋白的N端发生乙酰化㊁甲基化㊁泛素化㊁磷酸化等修饰影响基因的转录[56]㊂其中甲基化和乙酰化修饰为调控蛋白提供附着位点影响染色质的结构和活性㊂组蛋白乙酰化是一种可逆的动态过程,乙酰化和去乙酰化分别由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶调控[57]㊂研究发现,组蛋白乙酰化可促进转录,而去乙酰化可以促进基因沉默或抑制[58]㊂在鸡的卵泡发育过程中,L i 等[59]利用不同等级卵泡的G C s通过C h I P-s e q分析得到H3K27a c(活性增强子上的典型组蛋白标记物)图谱,之后通过A T A C-s e q和s c R N A-s e q联合分析,发现基因表达和染色质结构变化是一致的㊂组蛋白乙酰化也会影响类固醇激素生成相关基因的表达,在小鼠卵巢G C s中,丁酸盐通过H3K9a c调控P P A Rγ和P G C1α信号通路上基因的表达促进类固醇激素生成[60]㊂组蛋白甲基化是最稳定的组蛋白修饰,其中组蛋白H3和H4的赖氨酸(K)侧链上单㊁双㊁三甲基化在卵泡和卵母细胞的发育等生理过程中起着至关重要的作用[61-62]㊂研究表明,当特异性敲除卵母细胞中组蛋白去甲基化酶的编码基因K d m2a后,其激素敏感性降低,且卵母细胞发育停滞㊁形态异常增多[63]㊂此外,衰老引起蛋鸡繁殖能力下降㊁卵泡发育受损的机制可能与组蛋白甲基化失调有关㊂在老年小鼠卵泡发育过程中,卵母细胞H3K36m e3降低,线粒体凝集增加,细胞凋亡增加导致发情周期缩短,E2浓度降低,卵巢内卵泡数量减少,输卵管上皮组织结构紊乱[64]㊂3.3卵泡发育的非编码R N A调控非编码序列是一种基因转录后表达调控因子,在细胞增殖㊁分化㊁凋亡等生理过程中发挥着至关重要的作用[65]㊂大量关于非编码R N A调控蛋鸡卵泡发育的研究主要集中在m i R N A(m i c r o R N A)㊁l n c-R N A(l o n g n o n-c o d i n g R N A)㊁c i r c R N A(c i r c u l a r R N A)㊂m i R N A是短链非编码R N A,在转录后调节基因表达㊂最近,许多研究揭示了卵巢卵泡发育的m i R N A调控机制[66]㊂S o n g等[67]研究发现,雌性小鼠暴露于多种拟除虫菊酯类杀虫剂后,次级卵泡数量显著减少,闭锁卵泡数量增加,颗粒细胞凋亡增加,通过R N A-s e q分析发现其卵巢内m i R-152-3p㊁m i R-450b-3p和m i R-196a-5p水平显著上调㊂m i R N A 在蛋鸡卵巢发育过程中的调控作用也多有研究㊂相较于低产蛋鸡,高产蛋鸡卵巢的R N A-s e q结果显示11个主要参与类固醇激素生物合成的m i R N A表达增高,并且另外3个m i R N A(g g a-m i R-34b㊁g g a-m i R-34c和g g a-m i R-216b)参与调控细胞增殖㊁周期㊁凋亡等过程[68]㊂另有研究表明,m i R-1a和m i R-7163畜牧兽医学报54卷21的表达量在鸡成熟期和未成熟期的卵巢及不同等级的卵泡中出现极显著变化[69]㊂g g a-m i R-449b-5p靶向G F2B P3基因调控鸡卵巢G C s类固醇激素的合成[70],m i R-196b-5p表达量的降低会促进G C s 的凋亡和抑制G C s的增殖[71],m i R-143-3p靶向卵泡刺激素受体,对G C s分化和卵泡发育至关重要[72]㊂因此,m i R N A通过调控卵巢发育和激素生成相关的靶基因发挥作用㊂l n c R N A是长度超过200个核苷酸,缺乏蛋白质编码功能的长链非编码R N A,在卵泡发育中发挥着不可或缺的作用[73]㊂据报道,高产蛋鸡(海兰褐)与低产蛋鸡(坝上长尾鸡)卵泡的R N A-s e q结果发现了550种差异l n c R N A,且这些l n c R N A主要参与卵母细胞减数分裂㊁卵母细胞成熟和细胞周期等生物学过程[74]㊂卵泡发育抑制因子(i n h i b i t o r y f a c-t o r o f f o l l i c u l a r d e v e l o p m e n t,I F F D)是一个与卵泡发育相关的l n c R N A,可以通过抑制G C s增殖和E2分泌促进G C s凋亡来抑制卵泡发育[75]㊂c i r c R N A是一种新型的非编码R N A,在蛋鸡的卵泡发育上也有相关研究㊂W a n g等[72]对不同光照处理的蛋鸡S Y F s构建G C s的c i r c R N A图谱,发现这些c i r c R N A主要富集在卵巢类固醇生成㊁MA P K 和P I3K-A k t信号通路㊂3.4卵泡发育的R N A修饰R N A甲基化修饰包括N6-腺苷酸甲基化(N6-a d e n y l a t e m e t h y l a t i o n,m6A)㊁N1-腺苷酸甲基化(N1-a d e n y l a t e m e t h y l a t i o n,m1A)㊁胞嘧啶羟基化(5-m e t h y l c y t o s i n e,m5C)㊂m6A是一种普遍存在的R N A修饰,在细胞活力㊁增殖㊁周期中起着重要的调节作用[76]㊂在2019年,F a n等[77]首次运用高通量测序技术发现m6A在蛋鸡卵泡选择过程中的调控作用㊂M e R I P-s e q的结果发现,m6A甲基化程度在蛋鸡的G C s和膜细胞中存在差异,并且W n t通路上多个关键基因的m R N A甲基化程度与m R N A 表达水平更高,表明m6A修饰可能通过调节W n t 通路发挥其重要作用㊂m6A修饰对其他动物卵泡发育的调控也有一定研究㊂m6A可以修饰牦牛卵巢中B N C1㊁HOM E R1㊁B M P15㊁B M P6㊁G P X3和W N T11等与性激素分泌相关基因的m R N A甲基化程度,调节牛卵泡生长发育,影响牦牛的发情周期[78]㊂在猪的卵泡发育过程中,C a o等[79]对颗粒细胞构建m6A修饰图谱,表明m6A修饰可能调控G C s类固醇生成和卵子生成相关通路,以此来影响卵泡发育㊂4小结综上所述,在D N A序列不发生改变的情况下,表观遗传调控对蛋鸡卵泡发育起着重要的作用㊂在了解家禽卵泡发育如何受激素㊁细胞因子㊁环境及营养等影响的基础上,深入研究家禽卵泡发育的表观遗传调控机制,是后续提高蛋鸡产蛋性能和繁殖性能的重点㊂目前,表观遗传对蛋鸡卵泡发育的研究基本上都是在颗粒细胞层和颗粒细胞模型上进行的,且主要聚焦在非编码R N A的调控机制㊂因此,禽类卵泡发育的表观遗传调控机制可以在整体水平上多角度深入研究㊂可以借鉴小鼠上的研究思路,同时结合新的三代测序㊁代谢组㊁单细胞测序和空间转录组等新技术扩展表观遗传对卵泡发育调控机制的新思路㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] K R A L I K G,K R A L I K Z.P o u l t 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生殖细胞发生中的表观遗传学调控机制生殖细胞是繁殖过程中最基本的单元，其发生涉及到多种复杂的生物学机制。

表观遗传学是生命活动中非常重要的一环，对生殖细胞发生起到了至关重要的作用。

表观遗传学不涉及DNA序列的变化，而是基于DNA修饰相关的多种化学修饰机制，对基因转录进行调控，从而影响细胞基本生物学过程。

生殖细胞的发生涉及到多种复杂的生物学机制，其中包括DNA甲基化、染色质重塑、修饰和非编码RNA参与调控等。

这些机制相互作用，促进生殖细胞的发生和发育。

其中，DNA甲基化是其中最为重要的一种表观遗传学调控机制，广泛参与到生殖细胞的发生和发育过程中。

DNA甲基化是在DNA分子的胸耳垂区域发生的化学修饰过程。

它指的是DNA上乙酸甲酯基（Me）与细胞质中谷胱甘肽S-转移酶（GSTM）做出的相互作用，从而使DNA分子的基因表达能力得到限制。

DNA甲基化与基因沉默有关，如同一把钥匙，如果它打开某个基因的转录控制开关，那么这个基因将会得以转录。

但是，一旦DNA甲基化这把钥匙被移开或者不再存在，那么该基因的转录和表达就将受到影响。

另外一个补充说明的点是线粒体DNA。

线粒体DNA是一些质体结构（线粒体）中的独立DNA分子。

线粒体DNA在生物基因组的研究中非常重要，它会通过细胞质的系缆进行遗传，继而影响整个细胞的代谢状态。

同时，与普通细胞有所不同的是，线粒体DNA的甲基化状态是可以通过细胞分裂进行遗传的。

这也是在细胞发生和分裂过程中线粒体DNA所起到作用的一个重要方面。

生殖细胞发生过程中，特定的细胞类型会经历不同的表观遗传学调控机制。

其中，静止细胞（如胚胎发育早期的细胞）中的DNA甲基化状态较高，而分裂细胞的DNA甲基化状态相对较低。

这种差异导致了生殖细胞发生中的DNA调控的差异。

同时，在生殖细胞发生过程中，基因沉默和DNA甲基化会影响基因转录，这与生殖细胞功能和分化有着密切关系。

细胞嵌合实验最早是用来研究基因转录调控的方法之一。

真核生物基因表达调控的层次引言：基因表达调控是指基因转录和翻译过程中的调节机制，它决定了细胞在不同时间和环境中产生不同功能的蛋白质。

真核生物基因表达调控具有多个层次，包括染色质结构调控、转录水平调控、RNA加工和转运调控、翻译调控以及蛋白质修饰和定位调控。

本文将就这些层次进行详细介绍。

一、染色质结构调控：染色质结构调控是指通过改变染色质的结构和组织方式来调控基因表达。

染色质的结构包括开放的区域和紧密的区域，开放的区域便于转录因子的结合和启动子的访问，从而促进基因的转录。

染色质结构调控包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA的参与等。

DNA甲基化是一种常见的染色质结构调控方式，通过甲基化酶催化DNA上的甲基化反应，使得某些基因的启动子区域被甲基化，从而阻止转录因子的结合。

组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等，这些修饰可以改变染色质的结构，影响基因的转录水平。

非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子，它可以通过与染色质相互作用来调控基因的表达。

二、转录水平调控：转录水平调控是指在转录过程中对RNA合成的调控。

转录调控涉及到转录因子的结合、启动子的可访问性以及转录复合物的组装等。

转录因子是一类蛋白质，它们可以通过与DNA结合来调控基因的转录。

转录因子的结合位点通常位于启动子区域，它们可以通过激活或抑制转录的方式来调控基因的表达。

启动子的可访问性是指转录复合物能否顺利结合到启动子上，这涉及到染色质的开放程度以及转录因子的作用。

转录复合物的组装包括RNA聚合酶与转录因子的结合以及其他辅助因子的参与，这些因子的作用可以影响基因的转录速度和效率。

三、RNA加工和转运调控：RNA加工和转运调控是指在RNA合成后对RNA分子的修饰和定位调控。

RNA加工包括剪接、剪切和多聚腺苷酸化等过程，这些过程可以改变RNA的结构和功能。

剪接是指将RNA前体分子中的内含子剪切掉，从而形成成熟的mRNA分子。

剪切的方式和位置不同，可以产生不同的转录产物。