牛生長激素受體基因多態(tài)性及其研究進展

張黎鑫 陳宏權(quán) 王力生

摘要生長激素受體基因是重要的家畜生產(chǎn)性狀候選基因,它的突變可能導(dǎo)致生長激素受體結(jié)構(gòu)及功能的改變,從而影響到信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)以及生長激素的生理作用。介紹了牛生長激素受體基因的多態(tài)性及其與生產(chǎn)性能相關(guān)性的國內(nèi)外研究進展。

關(guān)鍵詞牛;生長激素受體基因;多態(tài)性;研究進展

中圖分類號Q78文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)11-0212-02

生長激素受體(growth hormone receptor,GHR)基因堿基序列的突變可能導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)及功能的改變,進而影響到信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及生長激素(growth hormone,GH)作用的生理效應(yīng),最終影響產(chǎn)奶、產(chǎn)肉等經(jīng)濟性狀。因此,將牛的生長激素受體(bovine growth hormone receptor,bGHR)基因作為候選基因,研究其與生產(chǎn)性能的關(guān)系,對牛的育種有很大實踐意義[1]。筆者主要介紹了bGHR基因在多態(tài)性和生產(chǎn)性狀的相關(guān)性等方面的研究進展。

1GHR結(jié)構(gòu)與特性

生長激素(GH)能促進動物肌肉和骨骼的生長,并能調(diào)節(jié)體內(nèi)的物質(zhì)代謝,是調(diào)節(jié)動物生長發(fā)育和三大物質(zhì)代謝過程的一個重要內(nèi)分泌因子。GH主要通過抑制肌肉及脂肪組織利用葡萄糖,同時促進肝臟中的糖異生作用并對糖元進行分解,從而使血糖升高;生長激素可促進脂肪分解,使血漿中游離脂肪酸含量升高。饑餓時胰島素分泌減少,生長激素分泌增多,于是血中葡萄糖利用減少而脂肪利用增多,因此血漿中葡萄糖及游離脂肪酸含量上升。但是,由于GH為生物大分子,不能直接透過細胞膜,必須經(jīng)過與靶細胞表面的GHR結(jié)合,由GHR介導(dǎo)通過不同的途徑將信號傳到細胞內(nèi),從而產(chǎn)生一系列的生理效應(yīng)。因此,組織中GHR含量多少、功能正常與否都影響GH生理效應(yīng),影響到動物的生長發(fā)育和相關(guān)性狀。

GHR普遍分布于生物體各種組織中,尤其大量存在于肝臟和脂肪細胞中,有報道淋巴細胞、成纖維細胞、巨噬細胞、軟骨細胞、β-胰島素細胞和造骨細胞中也存在GHR。GHR是由單一基因編碼的,大約含有620個氨基酸的單鏈跨膜糖蛋白,其胞外區(qū)、跨膜區(qū)及胞內(nèi)區(qū)分別由約246個、24個、350個氨基酸殘基所組成,不同物種的氨基酸確切數(shù)目稍有不同。

多數(shù)動物的GHR分子量在100~130kDa之間。bGHR基因被定位于20號染色體,由10個外顯子和9個內(nèi)含子組成。GHR基因的一個重要特性是在許多物種中具有3個以上可供選擇的第1外顯子,所以存在幾個不同的5′-UTR,它們選擇性地參與轉(zhuǎn)錄是導(dǎo)致GHR分子多態(tài)性的重要原因之一。在胞外區(qū),GHR有5個保守的糖基化位點,是與配體結(jié)合的部位。在胞外區(qū)特定的位置上有7個半胱氨酸殘基,其中有6個形成二硫鍵,起著維持GHR胞外區(qū)段特定空間結(jié)構(gòu)的作用;在胞外區(qū)近細胞膜的位置上有一WSX WS(X為任意氨基酸)樣序列( WSXWS-like motif),即由Try-Gly-Glu-Phe-Ser 5個氨基酸組成的保守序列,它可能在GH與GHR的結(jié)合過程中起關(guān)鍵作用。在胞內(nèi)區(qū),發(fā)現(xiàn)了2段保守序列,其中靠近細胞膜的序列框1(Box1)編碼8個氨基酸殘基,以脯氨酸殘基為主,是GHR與酪氨酸激酶JAK2結(jié)合的1個位點;序列框2(Box2)則編碼15個氨基酸殘基,距Box1 30個氨基酸殘基。如果這2段保守序列編碼的某一個氨基酸殘基發(fā)生突變,GH將失去促進生長的作用,這表明Box1、Box2在GHR介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著關(guān)鍵的作用。

2GHR基因多態(tài)性國外研究進展

Falaki等(1996)[2]報道,在編碼牛GHR基因細胞內(nèi)部C端的DNA序列中發(fā)現(xiàn)了9個RFLP-Taq1基因型,并且該位點的多態(tài)性與意大利荷斯坦牛的乳蛋白百分含量相關(guān)。Moisio等(1998)[3]從牛GHR基因cDNA3′側(cè)翼區(qū)選擇了1條303bp的片段(30bp的編碼區(qū)和273bp的非編碼區(qū))進行PCR擴增,發(fā)現(xiàn)GHR基因的側(cè)翼區(qū)有311bp、320bp、325bp等3種長度的變異和1個堿基替代多態(tài)性。Aggrey等(1999)[4]在牛GHR基因的P1啟動區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了3個限制性片段長度多態(tài)性(RFLPs),分別被限制性內(nèi)切酶AluI、Accl和Stul所識別,其中在含Alu標記的個體中,AluI(-/-)具有更好的肥育育種值(P<0.05),他認為Alu的多態(tài)性可以作為奶牛標記輔助選擇的遺傳標記。Lucy等(1998)[5]對牛GHR基因啟動區(qū)進行了微衛(wèi)星分析,發(fā)現(xiàn)了1個(GT)n的微衛(wèi)星存在于牛GHR基因轉(zhuǎn)錄起始點下游90bp處,經(jīng)分析得到了5個等位基因,其擴增長度分別為94bp、104bp、106 bp、108bp、112bp,分別含有11個、16個、17個、18個、20個TG重復(fù)。Hale等(2000)[6] 通過分析發(fā)現(xiàn),(TG)11主要存在于瘤牛中,而(TG)16-20主要存在于普通牛群中,其純合基因型對安格斯牛的斷奶重和胴體重有明顯影響,并得出S等位基因與安格斯牛群的低生長率有關(guān),但是Curi等(2005)[7]卻發(fā)現(xiàn)S等位基因與L等位基因的雜合型具有較高的日增重和體重(P<0.05)。Lucy等(1998)[8]在牛GHR的第1外顯子下游發(fā)現(xiàn)了LINE-1,它屬于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子家族的成員,長1 206bp,后來發(fā)現(xiàn)它只存在于普通黃牛中,瘤牛中沒有發(fā)現(xiàn)該序列的插入。然而,在波蘭地方品種的波蘭紅牛和黑白花牛中卻沒有發(fā)現(xiàn)到LINE-1元件的插入現(xiàn)象,可能LINE-1在普通黃牛中的插入具有多態(tài)性。Ge等(2000)[9]在GHR基因第10外顯子內(nèi)發(fā)現(xiàn)了4個單核苷酸多態(tài)性(SNPs),分別位于76bp(T-C)、200bp(G-A)、229bp(T-C)和257bp(A-G)處,其中200bp和257bp處的SNPs引起氨基酸Ala/Thr和Ser/Gly的替代,另外2個發(fā)生無義突變。

Blott等(2003)[10]報道在黑白花奶牛(Holstein-Friesian)牛群中GHR基因部分編碼區(qū)和內(nèi)含子內(nèi)發(fā)現(xiàn)了7個SNPs,其中,第8外顯子出現(xiàn)T/A替代,導(dǎo)致了受體跨膜區(qū)F297Y氨基酸的替換,從而影響了牛的產(chǎn)奶性狀,產(chǎn)奶量顯著增加,乳蛋白率和乳脂率顯著降低,并且屠體重有所下降。Maj等(2005)[11]采用RFLP對牛GHR基因5′端進行了多態(tài)性分析,用Fnu4HI/Tsel 和Sau96I酶切后發(fā)現(xiàn)了2個單核苷酸多態(tài),一個位于Q1啟動子下游的LINE-1反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子內(nèi)(-1 104bp),另一個位于P1啟動子內(nèi)(-262bp),兩處都發(fā)生了C/T替代,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),Sau96I基因型與LINE-1的插入或缺失有絕對的關(guān)系。Distasio等(2005)[12]研究了GHR基因的第10外顯子257bp處的單核苷酸多態(tài)與14個產(chǎn)肉性狀和4個肉質(zhì)性狀的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)GHR基因型對肉品質(zhì)有不利影響。Maj等(2006)[13]也研究了5′-UTR的4個SNPs與波蘭黑白花牛產(chǎn)肉性能的相關(guān)性,進行了單個和合并基因型的分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),單個基因型對生產(chǎn)性狀沒有影響,不過RFLP-Alul(-/-)基因型具有較高的屠體重和瘦肉率,RFLP-Nsil(+/+)基因型具有較好的屠體參數(shù),采用合并基因型分析發(fā)現(xiàn)其多態(tài)性對飼料利用率、屠體重影響很大,且差異顯著。

3GHR基因多態(tài)性國內(nèi)研究進展

高雪等(2005)[14]在對南陽牛、中國西門塔爾牛的研究中,利用聚合酶鏈式反應(yīng)-單鏈構(gòu)象多態(tài)性(PCR-SSCB)和PCR-RFLP技術(shù)研究了GHR基因的第8外顯子、第9外顯子、5′端、第3外顯子的遺傳變異,沒有發(fā)現(xiàn)PCR-SSCP多態(tài)及Hae Ⅲ、Hind Ⅲ、PstⅠ、SpeⅠ、MspⅠ、RsaⅠ酶切多態(tài)。秦巧梅等(2007)[15]在對南陽牛、利木贊牛、蓋洛威牛的研究中,對GHR基因的第10外顯子部分序列進行單核苷酸多態(tài)性研究,結(jié)果表明在這3個品種中存在6種基因型(AA、BB、CC、AB、AC、BC),χ2檢驗表明該試驗群體在這一位點上處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)(P>0.05)。趙高峰等(2007)[16]利用PCR-SSCP技術(shù)研究秦川牛GHR基因第10外顯子多態(tài)性,所研究的秦川牛群體GHR基因該座位存在多態(tài)性,發(fā)現(xiàn)了A、B、C等3個等位基因,其基因頻率依次為0.595 6、0.290 5、0.114 0,并且群體處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)。

4結(jié)語

綜上所述,GHR基因?qū)ε５娜庥谩⑷橛眯誀罹嬖陲@著影響。隨著分子生物學技術(shù)的不斷進步,GHR基因的多態(tài)性研究取得了長足進展,然而,由于樣本數(shù)量、試驗條件的限制,我國有關(guān)GHR基因多態(tài)性的研究遠遠滯后于國際水平。GHR基因作為重要的候選基因,今后應(yīng)加強對其多態(tài)性及其與生產(chǎn)性狀的相關(guān)性的進一步研究。

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