翁林健,曾慶節(jié),黃恩福,2,殷 超,魏 慶,謝賢華,梁海平*,黃建珍*

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江西 南昌 330045;2.江西生物科技職業(yè)學(xué)院,江西 南昌 330200)

隨著生活水平的提高,人們對(duì)蛋白質(zhì)的需求量越來(lái)越大。其中,禽肉是人類主要的動(dòng)物蛋白質(zhì)來(lái)源。禽類疾病不僅影響禽和人類的健康,而且會(huì)影響禽肉和禽蛋的生產(chǎn),并危及養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)收益和消費(fèi)者的禽肉需求。因此,禽類疾病的防控與治療是養(yǎng)殖業(yè)一直以來(lái)面對(duì)的重大難題。

表觀遺傳學(xué)(epigenetics)是近幾十年流行起來(lái)的一門新學(xué)科,屬于遺傳學(xué)的分支。在此之前,傳統(tǒng)意義上的DNA序列被廣泛研究,也就是經(jīng)典遺傳學(xué)。不同于經(jīng)典遺傳學(xué),表觀遺傳學(xué)是在DNA序列不變的情況下,基因表達(dá)或表型發(fā)生可遺傳的改變。表觀遺傳學(xué)提供了一種遺傳的分子機(jī)制,即表觀遺傳調(diào)控機(jī)制,它不僅依賴于DNA序列,而且可以解釋非孟德爾遺傳模式。表觀遺傳變化是機(jī)體許多正常發(fā)育過程的基礎(chǔ),但也可能導(dǎo)致疾病的發(fā)生發(fā)展。

因此,本研究旨在將表觀遺傳學(xué)在禽類疾病中應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,為預(yù)防或治療禽類疾病提供新思路。

1 表觀遺傳學(xué)的主要調(diào)控機(jī)制

表觀遺傳學(xué)的主要調(diào)控機(jī)制有DNA甲基化修飾、組蛋白的化學(xué)修飾和非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)的調(diào)控等。

1.1 DNA甲基化修飾DNA甲基化是直接對(duì)DNA進(jìn)行化學(xué)修飾的一種表觀遺傳機(jī)制,早在DNA被認(rèn)定為遺傳物質(zhì)時(shí)就被發(fā)現(xiàn)。DNA甲基化是由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)家族催化的,它們將1個(gè)甲基由S-腺苷甲硫氨酸(SAM)轉(zhuǎn)移到1個(gè)胞嘧啶殘基的第5個(gè)碳上,形成5-甲基胞嘧啶(5mC),從而改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài),并最終調(diào)節(jié)基因的表達(dá),這是最普遍的DNA甲基化模式。DNMT家族成員有DNMT1、DNMT3a和DNMT3b。DNMT1在DNA復(fù)制過程中的功能是將親代DNA鏈上的DNA甲基化模式復(fù)制到新合成的子鏈上;DNMT3a和DNMT3b可以對(duì)未修改的DNA建立新的甲基化模式,因此被稱為新的DNMT[1]。DNA甲基化大部分發(fā)生在CpG島(胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤島)上[2],目前,人類基因組的組裝和注釋部分包含約3×107個(gè)CpG二核苷酸,每個(gè)都可以以甲基化或非甲基化的狀態(tài)存在,因此,每個(gè)單倍體基因組的甲基化模式數(shù)量約為108 700 000[3-4]。CpG島的甲基化可減少轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合,并招募抑制性甲基結(jié)合蛋白,從而導(dǎo)致基因表達(dá)沉默。

1.2 組蛋白的化學(xué)修飾核小體是染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位,1個(gè)核小體由核心組蛋白H2A、H2B、H3和H4以1∶1∶1∶1的比例構(gòu)成的八聚體和纏繞在該八聚體上147 bp的DNA鏈構(gòu)成。研究表明,組蛋白八聚體中各亞基的N端氨基酸殘基暴露在核小體外,存在許多位點(diǎn)可進(jìn)行翻譯后修飾(post-translational modifications,PTMs),如乙?；?acetylation,ac)、甲基化(methylation,me)、磷酸化(phosphorylation,ph)和泛素化(ubiquitinoylation,ub)修飾等[5-6]。其中,乙酰化和甲基化修飾較為常見。組蛋白的乙酰化修飾常發(fā)生在賴氨酸(K)殘基且是高度動(dòng)態(tài)的,由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)和組蛋白去乙?；?HDACs)調(diào)節(jié)[7]。HATs利用乙酰CoA作為底物,催化乙?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)移到組蛋白賴氨酸殘基側(cè)鏈的ε-氨基上,中和賴氨酸殘基的正電荷,降低組蛋白與DNA的結(jié)合能力,導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散形成“開放”構(gòu)象,并募集相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子,進(jìn)而調(diào)控基因的表達(dá)。組蛋白甲基化主要發(fā)生在賴氨酸和精氨酸(R)殘基上,分別由組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(HKMTs)和精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(PRMTs)催化。不同于乙酰化,組蛋白甲基化修飾并不改變組蛋白的電荷,并且賴氨酸殘基可以是單甲基化(me1)、雙甲基化(me2)或三甲基化(me3),而精氨酸殘基可以是單甲基化、對(duì)稱或不對(duì)稱的雙甲基化[8]。組蛋白甲基化修飾對(duì)基因活性有著不同的影響,如組蛋白H3的第4,9,27和36位賴氨酸都是甲基化的常見位點(diǎn),但其對(duì)基因活性的抑制效果并不相同,如組蛋白H3第4位賴氨酸(K4)三甲基化(H3K4me3)通常增加基因活性[9],而組蛋白H3K9me3和H3K27me3常引起轉(zhuǎn)錄抑制[10]。與組蛋白乙?；揎椧粯?組蛋白的磷酸化修飾也是高度動(dòng)態(tài)的,它主要發(fā)生在絲氨酸(S)、蘇氨酸(T)和酪氨酸(Y)殘基上,但不限于在組蛋白的N端尾部,其修飾的水平是由蛋白激酶和磷酸酶控制其磷酸化或去磷酸化[11]。已被發(fā)現(xiàn)的組蛋白激酶都可將1個(gè)磷酸基團(tuán)從ATP轉(zhuǎn)移到目標(biāo)氨基酸殘基側(cè)鏈的羥基上,組蛋白因此帶上大量的負(fù)電荷,從而削弱其與DNA的結(jié)合能力,并最終改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)。組蛋白泛素化修飾與其他PTMs的小化學(xué)基團(tuán)有很大不同,泛素(ubiquitin,Ub)是1個(gè)76個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)。組蛋白泛素化修飾是組蛋白和Ub的共價(jià)結(jié)合,是泛素激活酶、泛素結(jié)合酶和泛素連接酶連續(xù)作用的結(jié)果,使Ub與組蛋白上的賴氨酸殘基或Ub本身共價(jià)連接,形成不同類型的聚Ub鏈,并改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu),從而影響基因表達(dá)[12]?？偠灾?不論是哪種組蛋白PTMs,都是通過調(diào)控DNA和組蛋白間的相互作用,從而影響染色質(zhì)狀態(tài),進(jìn)一步影響轉(zhuǎn)錄,達(dá)到調(diào)控基因表達(dá)的目的。

1.3 非編碼RNA的調(diào)控ncRNA是缺乏編碼蛋白質(zhì)或肽的潛力的一類RNA,包括微小RNA(microRNA,miRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA,circRNA)和細(xì)胞外RNA(extracellular RNA)等[13]。盡管ncRNA不能編碼蛋白質(zhì),但它們可以通過各種機(jī)制影響其他基因的表達(dá)[14]。目前,關(guān)于miRNA和lncRNA的研究較為廣泛。miRNA是19～25 nt的短內(nèi)源性RNA分子,1個(gè)miRNA可以靶向數(shù)百個(gè)mRNAs,通過識(shí)別mRNA的3′端非翻譯區(qū)(UTR)中的目標(biāo)位點(diǎn),轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)基因的表達(dá),這些基因通常涉及到功能相互作用的通路[15]。LncRNA是大于200 nt的長(zhǎng)RNA分子,通過與DNA、RNA或蛋白質(zhì)的相互作用來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄,在許多細(xì)胞過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,包括細(xì)胞周期、分化和代謝,在疾病和病毒感染中也發(fā)揮重要作用[16]。

2 禽類傳染病表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展

禽類傳染病是由細(xì)菌或病毒感染引起的,可在個(gè)體之間傳染,對(duì)禽類養(yǎng)殖業(yè)的危害極大,不僅會(huì)造成禽大量死亡,而且會(huì)嚴(yán)重影響?zhàn)B殖場(chǎng)經(jīng)濟(jì)收益。并且,其中某些人畜共患病還會(huì)危及人類健康。所以,分析禽類傳染病的分子機(jī)制以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行防控和治療是必要的。

2.1 表觀遺傳學(xué)在禽馬立克病中的應(yīng)用馬立克病(Marek's disease,MD)是一種由馬立克病病毒(Marek's disease virus,MDV)感染引起的雞神經(jīng)、皮膚、肌肉、肝臟、脾臟、心臟、腎臟、性腺和前腦室淋巴組織增生性疾病。致病性MDV屬于MDV血清I型(MDV-I),又稱雞α皰疹病毒2型(gallid alphaherpesvirus 2,GaHV-2)致癌毒株,MDV在其宿主體內(nèi)的生命周期可分為4個(gè)階段,分別為感染后2～7 d的早期細(xì)胞溶解階段、7～10 d的潛伏階段、18 d開始的晚期細(xì)胞溶解階段和28 d后的增殖階段[17]。該疾病相當(dāng)復(fù)雜,表現(xiàn)為幾種不同臨床綜合征的腫瘤和炎癥的相互作用。作為一種影響全球家禽健康的主要疾病,盡管在過去的幾十年里,減毒活疫苗被廣泛使用,但MD仍然對(duì)禽類健康構(gòu)成巨大威脅[18]。

近年來(lái),MD的表觀遺傳分子機(jī)制研究獲得重要進(jìn)展。LUO等[19]使用亞硫酸氫鹽焦磷酸測(cè)序法,發(fā)現(xiàn)一些候選基因在MD易感雞(L72)中比在MD抗病雞(L63)中具有更高的啟動(dòng)子甲基化程度,這些高甲基化的基因在疾病的易感性中發(fā)揮重要作用,結(jié)果表明MDV感染誘導(dǎo)了2個(gè)品系的雞DNMT1、DNMT3a和DNMT3b的表達(dá)變化,DNMT1在L72中上調(diào),而DNMT3在L63中在感染后21 d時(shí)下調(diào),并且在MDV生命周期中啟動(dòng)子甲基化出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)變化;一些基因,包括HDAC9、GH、STAT1、CIITA、FABP3、LATS2和H2Ac,在2個(gè)品系的雞之間表現(xiàn)出不同的甲基化行為。此后,LUO等[20]檢測(cè)了非主要組織相容性復(fù)合體(MHC)相關(guān)的抗病雞和易感雞的全基因組組蛋白修飾,發(fā)現(xiàn)H3K4me3與蛋白編碼基因和miRNA基因的表達(dá)呈正相關(guān),而H3K27me3則與其呈負(fù)相關(guān)。MITRA等[21]對(duì)MDV感染在雞早期細(xì)胞溶解期和潛伏期的組蛋白修飾進(jìn)行了研究,對(duì)差異H3K27me3富集相關(guān)的基因進(jìn)行功能分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)富集的通路,如MAPK信號(hào)通路,都是品系之間所共有的,然而,L63和L72品系的感染雞在這些通路上表現(xiàn)出不同的H3K27me3水平,表明MDV感染會(huì)引起不同程度的沉默反應(yīng);此外,一些與免疫相關(guān)的miRNAs,如gga-miR-155和gga-miR-10b,與不同的染色質(zhì)標(biāo)記相關(guān),并可導(dǎo)致L72系雞對(duì)MDV的敏感性增加。致病性血清Ⅰ型MDV感染易感雞引起MD腫瘤時(shí),宿主miRNA gga-miR-126可通過控制細(xì)胞增殖的信號(hào)通路而抑制腫瘤。GENNART等[22]發(fā)現(xiàn)gga-miR-126在MDV感染期間表達(dá)下調(diào),其下調(diào)與位于感染雞基因表皮生長(zhǎng)因子樣-7(EGFL-7)的CpG島超甲基化有關(guān),表明gga-miR-126在MD中的潛在腫瘤抑制作用。

2.2 表觀遺傳學(xué)在禽腸炎沙門菌病中的應(yīng)用禽腸炎沙門菌病主要由腸炎沙門菌(Salmonellaenteritidis,SE)引起,是世界上最常見的傳染性食源性疾病之一,屬于人畜共患病。SE可通過污染禽肉和禽蛋對(duì)禽類生產(chǎn)業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失,并對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

近幾年的研究發(fā)現(xiàn),DNA甲基化修飾在禽SE病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。Toll樣受體(TLRs)信號(hào)通路是防御SE感染的第一道防線,TLRs廣泛分布在各種白細(xì)胞上,它們作為主要的傳感器,通過對(duì)來(lái)自細(xì)菌、病毒、真菌或寄生蟲的病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)做出響應(yīng)來(lái)啟動(dòng)先天免疫反應(yīng)。GOU等[23]將注射了SE的無(wú)特定病原體(SPF)雛雞分成2組:SE易感雞和SE抗病雞,用甲基化酶抑制劑5-氮雜-2-脫氧胞苷(5-Aza-dc)進(jìn)行處理后,體外感染SE的外周血單核細(xì)胞(PBMCs)中TLR4的表達(dá)明顯增加,并且5-Aza-dc能有效上調(diào)TLR21和TLR2-1的表達(dá);TLR4和TLR21基因啟動(dòng)子區(qū)域和TLR2-1基因外顯子CpG島的DNA甲基化程度在易感雞中顯著高于抗病雞,因此,白細(xì)胞中的DNA甲基化修飾可能通過減少TLR4、TLR21和TLR2-1的表達(dá)和免疫反應(yīng)而導(dǎo)致雞對(duì)SE病毒的敏感性增加。李建超[24]篩選到與SE感染雞甲基化變化的免疫相關(guān)基因AGAP3、BF1、MR1、VPS37D、CD8A、TLR2-1、DNMT3A、MIR365-1和MIR365-2,表明SE感染早期機(jī)體對(duì)抗SE的過程受到甲基化的調(diào)控。WANG等[25]使用甲基化DNA免疫沉淀測(cè)序法來(lái)分析雞感染SE后的全基因組DNA甲基化變化,結(jié)果表明,與對(duì)照組相比,SE感染組在轉(zhuǎn)錄起始終止位點(diǎn)周圍的基因組區(qū)域的DNA甲基化程度略高;SE感染組和對(duì)照組之間有879個(gè)甲基化差異的峰,其中135個(gè)位于基因啟動(dòng)子區(qū)域,包括MHC Ⅳ類抗原、GABARAPL1、MR1和KDM1B在內(nèi)的基因在感染SE后甲基化程度更高,而DYNLRB2、SEC14L3和ANK-IB1在啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化胞嘧啶殘基趨于減少,表明感染SE可能對(duì)宿主的表觀遺傳狀態(tài)有影響。WANG等[26]通過全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序研究了濟(jì)寧白日雞接種SE后盲腸全基因組甲基化譜,結(jié)果表明SE感染促進(jìn)了濟(jì)寧白日雞的全基因組甲基化水平,并且引起Wnt信號(hào)通路、mTOR信號(hào)通路、免疫和代謝相關(guān)功能基因的異常甲基化;miRNA和HOX基因家族的甲基化可能在雞接種SE的表觀遺傳調(diào)控中起作用,此研究結(jié)果為了解雞對(duì)SE接種反應(yīng)中的甲基化調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

2.3 表觀遺傳學(xué)在禽白血病中的應(yīng)用禽白血病(avian leukosis,AL)由禽白血病病毒(avian leucosis virus,ALV)引起,是以禽體生長(zhǎng)遲滯、發(fā)育不良、組織器官受損為主要特征的惡性腫瘤性疾病。ALV的危害主要表現(xiàn)為感染后病禽因出現(xiàn)腫瘤死亡、對(duì)常規(guī)疫苗產(chǎn)生免疫抑制和母系雞垂直傳播影響子代等。ALV有11個(gè)亞群(A～K),其中A、B、E、J和K亞群比較常見。J亞群禽白血病病毒(ALV-J)是ALV亞群之一,是一種致癌性逆轉(zhuǎn)錄病毒,表現(xiàn)出比其他亞群更高的傳播性和致病性,會(huì)引起免疫抑制并增強(qiáng)二次感染的敏感性。

近來(lái),許多研究致力于AL的ncRNA調(diào)控機(jī)制。LI等[27]通過miRNA微陣列芯片分析檢查了未感染和感染ALV-J的10周齡雞肝臟中miRNA的表達(dá),結(jié)果數(shù)據(jù)顯示,有12個(gè)miRNAs的表達(dá)在未感染組和感染組的肝臟中存在顯著性差異,其中,7個(gè)miRNAs(gga-mir-221、gga-mir-222、gga-mir-1 456、gga-mir-1 704、gga-mir-1 777、gga-mir-1 790和gga-mir-2 127)的表達(dá)在感染組中被上調(diào),其他5個(gè)miRNAs(gga-let-7b、gga-let-7i、gga-mir-125b、gga-mir-375和gga-mir-458)明顯下調(diào)。LAN等[28]用ALV-J感染SPF的蛋雞作為試驗(yàn)組,未感染的作為對(duì)照組,在注射后40 d收集脾臟樣本,并進(jìn)行測(cè)序,結(jié)果表明,有864個(gè)基因、7個(gè)miRNAs和17個(gè)lncRNAs的表達(dá)在感染和非感染的雞之間有顯著性差異。QIU等[29]檢測(cè)了感染和未感染ALV-J的20周齡雞脾臟中的mRNA、lncRNA和miRNA的表達(dá),結(jié)果表明,脾臟中的1 723個(gè)mRNAs、7 883個(gè)lncRNAs和13個(gè)miRNAs的表達(dá)在感染組和未感染組之間有顯著性差異。LIU等[30]用體外培養(yǎng)的雞樹突狀細(xì)胞(DCs)來(lái)研究ALV-J感染的影響,結(jié)果表明,用ALV-J感染DCs會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,未感染和感染的DC的miRNA測(cè)序數(shù)據(jù)顯示有122個(gè)差異表達(dá)的miRNAs,其中115個(gè)在ALV-J感染后表現(xiàn)出上調(diào),其他7個(gè)表現(xiàn)出明顯下調(diào),表明雞DCs感染ALV-J會(huì)通過異常的miRNA表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。QIU等[31]用高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序?qū)Ω腥続LV-J的雞巨噬細(xì)胞(HD11)和雞胚胎成纖維細(xì)胞(CEF)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)有3個(gè)lncRNAs可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng),并可作為ALV-J感染的新型生物標(biāo)志物。HU等[32]用高通量RNA測(cè)序(RNA-Seq)對(duì)CEF細(xì)胞中的lncRNA進(jìn)行了全面分析,結(jié)果表明,有91個(gè)差異表達(dá)的基因和36個(gè)差異表達(dá)的lncRNAs,并且其中幾個(gè)lncRNAs的上調(diào)會(huì)影響參與抗病毒先天免疫反應(yīng)的基因的表達(dá)。另有研究報(bào)道,JAK-STAT信號(hào)通路在宿主對(duì)病毒感染的反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用[33]。DAI等[34]對(duì)雞初級(jí)單核細(xì)胞衍生巨噬細(xì)胞(MDMs)中包括基因、miRNA、lncRNA在內(nèi)的宿主因子及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析,發(fā)現(xiàn)在ALV-J感染后3 h,MDMs中被發(fā)現(xiàn)有128個(gè)差異表達(dá)的lncRNAs和15個(gè)差異表達(dá)的miRNAs,在36 h,MDMs中被新發(fā)現(xiàn)有30個(gè)差異表達(dá)的lncRNAs和8個(gè)差異表達(dá)miRNAs;再進(jìn)一步構(gòu)建了差異表達(dá)lncRNA-mRNA、miRNA-mRNA和lncRNA-miRNA-mRNA交互網(wǎng)絡(luò)后,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在ALV-J感染的MDMs中,差異表達(dá)的lncRNA和miRNA通過內(nèi)源競(jìng)爭(zhēng)RNA(ceRNA)網(wǎng)絡(luò)參與了JAK-STAT信號(hào)通路中免疫相關(guān)基因的調(diào)節(jié),從而影響AL的發(fā)生發(fā)展。

也有研究表明,組蛋白修飾和DNA甲基化在AL發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用。DOT1L(disruptor of telomeric silencing 1-like)是一種獨(dú)特的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶,催化H3K79me1/2/3,被認(rèn)為是一種表觀遺傳調(diào)節(jié)器[35]。全基因組染色質(zhì)免疫共沉淀結(jié)合高通量測(cè)序(ChIP-seq)分析表明,DOT1L介導(dǎo)的H3K79me1/2/3主要分布在活性基因體內(nèi)[36]。CHEN等[37]發(fā)現(xiàn)在ALV-J感染后,DOT1L的表達(dá)以及DOT1L介導(dǎo)的H3K79me2在雞HD11細(xì)胞中明顯上調(diào),表明DOT1L的表達(dá)對(duì)于ALV-J的復(fù)制是必需的,其表達(dá)有利于AL的發(fā)生發(fā)展。端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(TERT)的啟動(dòng)子區(qū)域已被確定為腫瘤發(fā)生的1個(gè)重要整合點(diǎn)。LAM等[38]通過亞硫酸氫鹽測(cè)序分析了雞腫瘤基因組DNA的等位基因特異性甲基化模式,發(fā)現(xiàn)TERT啟動(dòng)子整合的等位基因與整合點(diǎn)附近宿主基因組甲基化程度降低有關(guān),表明在TERT啟動(dòng)子區(qū)插入ALV可抑制TERT啟動(dòng)子區(qū)的維持甲基化,從而誘導(dǎo)TERT的表達(dá),最終導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。

2.4 表觀遺傳在禽傳染性法氏囊病中的應(yīng)用禽傳染性法氏囊病(infectious bursal disease,IBD)由傳染性法氏囊病病毒(infectious bursal disease virus,IBDV)感染引起。IBDV感染可導(dǎo)致機(jī)體嚴(yán)重的免疫抑制和炎癥損傷,死亡率極高,對(duì)禽類養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)巨大損失。

近來(lái),IBD的表觀遺傳機(jī)制取得重要進(jìn)展。ZHANG等[39]在剛孵化的商品肉雞飲水中添加甜菜堿,3周后給這些雞接種IBDV,感染5 d后,對(duì)IBDV VP2基因、促炎細(xì)胞因子和干擾素的mRNA表達(dá)水平和IL-6和干擾素調(diào)節(jié)因子7(IRF7)啟動(dòng)子區(qū)CpG島的5mC水平進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)IBDV感染顯著提高了VP2、IL-6、types I(IFNα和IFNβ)和Ⅱ(IFNγ)干擾素和IRF7的mRNA水平;IL-6和IRF7啟動(dòng)子區(qū)域的CpG島甲基化顯著降低;同時(shí),食用甜菜堿后,IBDV誘導(dǎo)的IL-6、IFNβ和IRF7的mRNA表達(dá)水平被抑制;表明IBDV誘導(dǎo)的IL-6和IRF7基因表達(dá)水平與啟動(dòng)子區(qū)域甲基化的抑制有關(guān),通過飲水施用甜菜堿可能通過表觀遺傳調(diào)控減輕IBDV誘導(dǎo)的法氏囊損傷。DUAN等[40]用IBDV感染雞成纖維細(xì)胞DF-1后,通過pre-miR-16-2(gga-miR-16-5p前體)啟動(dòng)子的去甲基化誘導(dǎo)gga-miR-16-5p的表達(dá),結(jié)果表明gga-miR-16-5p在DF-1細(xì)胞中的異位表達(dá)可抑制細(xì)胞抗凋亡蛋白B細(xì)胞淋巴瘤2(Bcl-2)的表達(dá),促進(jìn)IBDV在DF-1細(xì)胞中的復(fù)制,從而增強(qiáng)IBDV誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,因此,gga-miR-16-5p可被用作與干預(yù)IBDV感染的潛在靶點(diǎn)。細(xì)胞因子信號(hào)抑制因子(SOCS5)是SOCS家族的一員,是JAK-STAT通路的負(fù)調(diào)控因子。FU等[41]用IBDV感染DF-1后,發(fā)現(xiàn)gga-miR-130b通過靶向IBDV片段A的特定序列抑制IBDV的復(fù)制,并通過靶向宿主細(xì)胞中的SOCS5增強(qiáng)IFN-β的表達(dá),表明ggA-miR130b在宿主抵御IBDV感染中起著關(guān)鍵作用。

3 禽類營(yíng)養(yǎng)代謝病表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展

禽類營(yíng)養(yǎng)代謝病主要是由禽類體內(nèi)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過多或缺乏,導(dǎo)致機(jī)體一個(gè)或多個(gè)代謝過程異常引起的,屬于內(nèi)科疾病。雖然禽類營(yíng)養(yǎng)代謝病不具備傳染性,但在現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖模式中,也可造成禽類大面積患病,甚至死亡,影響禽類養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

3.1 表觀遺傳學(xué)在蛋雞脂肪肝出血綜合征中的應(yīng)用脂肪肝出血綜合征(fatty liver hemorrhagic syndrome,FLHS)是一種脂質(zhì)代謝紊亂疾病,常發(fā)生在產(chǎn)蛋高峰期的商品蛋雞群中,造成FLHS的因素有遺傳、環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)、有毒物質(zhì)和荷爾蒙等,其中營(yíng)養(yǎng)為主要因素。其病理和臨床特征表現(xiàn)為肝臟有大量脂肪沉積、肥大并呈土黃色、質(zhì)地松脆易碎且有出血點(diǎn)或出血斑、產(chǎn)蛋率急劇降低等[42]。

FLHS的表觀遺傳機(jī)制研究在近幾年也取得重要進(jìn)展。TAN等[43]對(duì)脂肪肝雞和正常雞的全基因組亞硫酸鹽測(cè)序和lncRNA測(cè)序的數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析,結(jié)果表明,有1 177個(gè)差異表達(dá)基因、1 442個(gè)差異甲基化基因和67個(gè)差異表達(dá)lncRNAs;在脂肪肝組中,83個(gè)脂質(zhì)和葡萄糖相關(guān)基因中有72%上調(diào),150個(gè)免疫相關(guān)基因中有81%下調(diào),這些基因中的一部分位于差異甲基化區(qū)域(DMRs)內(nèi);從表達(dá)和表觀遺傳圖譜中,發(fā)現(xiàn)23個(gè)目標(biāo)基因(HAO1、ABCD3和BLMH等)是同時(shí)受到甲基化和lncRNA調(diào)節(jié)的樞紐基因,這些結(jié)果提供了全面的雞FLHS的表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄組圖譜,并且關(guān)鍵基因和表觀遺傳標(biāo)記的鑒定將擴(kuò)大對(duì)雞FLHS分子機(jī)制的理解。H3K27ac是活性增強(qiáng)子和啟動(dòng)子的表觀遺傳標(biāo)記,與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合和基因表達(dá)密切相關(guān),ZHU等[44]利用ChIP-seq和RNA-seq對(duì)健康雞和高能量低蛋白(high-energy,low-protein,HELP)誘導(dǎo)的FLHS雞的肝臟組織的全基因組H3K27ac譜和轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了比較,在2組之間總共發(fā)現(xiàn)了1 321個(gè)不同的H3K27ac區(qū)域和443個(gè)差異表達(dá)的基因,參與免疫反應(yīng)和代謝穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)錄因子在這些差異H3K27ac區(qū)域中富集,并且HELP飲食可影響H3K27ac的組蛋白修飾和染色質(zhì)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致脂質(zhì)和能量代謝相關(guān)基因(PCK1、APOA1、ANGPTL4和FABP1)和免疫反應(yīng)相關(guān)基因(FGF7、PDGFRA和KIT)調(diào)控異常,從而引起脂肪在肝臟組織中過度積累,最終誘發(fā)FLHS的形成,表明FLHS中涉及的基因?qū)τ陂_發(fā)針對(duì)FLHS敏感的商品蛋雞的新型特異性療法非常重要。

3.2 表觀遺傳學(xué)在禽微量元素病中的應(yīng)用微量元素是禽類營(yíng)養(yǎng)不可或缺的一部分,飼料中添加的微量元素是家禽攝入維生素的主要來(lái)源,因此,家禽飼料中的微量元素比例不均衡、含量偏低或含量過高都會(huì)導(dǎo)致家禽患微量元素病。

近來(lái),有研究從表觀遺傳學(xué)角度來(lái)探討禽微量元素病的發(fā)生發(fā)展。硒(Se)是一種對(duì)機(jī)體健康有著重要作用的微量元素。飲食中補(bǔ)充Se可以通過減輕活性氧(ROS)介導(dǎo)的氧化應(yīng)激來(lái)保護(hù)紅細(xì)胞(RBCs)免受溶血[45]。缺Se會(huì)導(dǎo)致禽患有“白肌病”,表現(xiàn)為肌肉灰白色淡。Se的缺乏可通過影響Se蛋白K(SELENOK)的功能而誘發(fā)雞的肌肉損傷[46],也可通過lncRNA3215-miR-1594-TNNT2軸引發(fā)心肌細(xì)胞凋亡[47]。ZHANG等[48]給雞飼喂低硒飼料,時(shí)間長(zhǎng)達(dá)55 d,通過高效液相色譜法(HPLC)檢測(cè)DNA甲基化水平,并用RT-PCR對(duì)DNMT家族和甲基-DpG結(jié)合域蛋白2(MBD2)mRNA水平進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,低硒飲食組的肌肉組織、大腦、免疫組織和肝臟的總DNA甲基化水平下降,在肝臟中最為顯著,且低硒飲食組的DNMT1、DNMT3a和DNMT3b的mRNA表達(dá)水平下降,而MBD2基因的mRNA表達(dá)量則有所增加,這些結(jié)論為從DNA甲基化的角度探索硒缺乏癥的發(fā)病機(jī)制提供了新的依據(jù)。鋅(Zn)缺乏癥也是禽類?；嫉囊环N微量元素病,臨床表現(xiàn)為生長(zhǎng)緩慢、皮膚角質(zhì)化不全和肢體發(fā)育不全等。鋅指蛋白A20是一種抗炎蛋白,可抑制泛素依賴的核因子κB(NF-κB)的信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)負(fù)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng),這個(gè)過程由Zn來(lái)調(diào)節(jié)[49]。Zn的缺乏會(huì)導(dǎo)致A20豐度的下降,從而損害腸道黏膜屏障。LI等[50]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充鋅的母雞相較于對(duì)照組在A20啟動(dòng)子區(qū)域有DNA低甲基化和高H3K9Ac水平,并且在子代充足膳食鋅組中發(fā)現(xiàn),第14 天 H3K9Ac和A20轉(zhuǎn)錄增強(qiáng),因此,A20可能是小雞腸道的一種新的炎癥抑制因子,通過A20啟動(dòng)子的表觀遺傳學(xué)修飾,飲食中的鋅補(bǔ)充劑可持續(xù)促進(jìn)該因子。

4 禽類疾病表觀遺傳學(xué)研究的總結(jié)與展望

綜上所述,表觀遺傳學(xué)調(diào)控對(duì)疾病的發(fā)展有著不同程度的影響,表觀遺傳學(xué)在禽類疾病中的研究拓寬了人們對(duì)疾病分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)。目前的研究進(jìn)展顯示,DNA甲基化、組蛋白的甲基化修飾與乙酰化修飾、ncRNA中的miRNA與lncRNA調(diào)控在禽類疾病中的研究較多,而組蛋白修飾中其他化學(xué)修飾、其他ncRNA調(diào)控和染色質(zhì)重塑等表觀遺傳調(diào)控機(jī)制的相關(guān)研究鮮有報(bào)道。另一方面,表觀遺傳學(xué)在對(duì)禽類養(yǎng)殖業(yè)影響較大的傳染病和營(yíng)養(yǎng)代謝病中的研究較多,在禽類中毒病、寄生蟲病和其他雜癥中的研究較少。如H5N1型禽流感,ZHANG等[51]發(fā)現(xiàn)感染H5N1后,各免疫器官的DNA甲基化水平發(fā)生了改變,表明DNA甲基化參與了禽流感基因表達(dá)的調(diào)控。對(duì)于禽類熱應(yīng)激反應(yīng),CRAMER等[52]發(fā)現(xiàn)涉及翻譯后組蛋白修飾和促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)調(diào)節(jié)段的DNA甲基化可決定禽生命后期對(duì)壓力的彈性或脆弱性反應(yīng)。還有對(duì)于一些禽類炎癥反應(yīng),SHEN等[53]發(fā)現(xiàn)促炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)受到組蛋白乙?；恼{(diào)節(jié),并且去甲基化也增加了IL-6和TNF-α的表達(dá),它們可以通過增加啟動(dòng)子的甲基化被蛋氨酸調(diào)節(jié)。另外,有研究表明表觀遺傳調(diào)控會(huì)影響家養(yǎng)禽類的發(fā)育、肉質(zhì)和抗病性等[54-55]。因此,為了更好地預(yù)防和治療禽類疾病,還需結(jié)合以往研究結(jié)果對(duì)這些研究較少但對(duì)禽類危害極大的疾病進(jìn)行表觀遺傳學(xué)的研究,旨在更深入地認(rèn)識(shí)疾病發(fā)生的分子機(jī)制,為其預(yù)防或治療提供新思路。