魚(yú)類性狀的基因研究

范秀娟 李承林 毛紅順

（黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院，哈爾濱 150025）

魚(yú)類性狀的基因研究

范秀娟 李承林 毛紅順

（黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院，哈爾濱 150025）

文章介紹了魚(yú)類的肥胖基因、生長(zhǎng)和生長(zhǎng)激素基因、抗性基因和優(yōu)良肉質(zhì)性狀相關(guān)基因等的表達(dá)過(guò)程，綜合論述了生產(chǎn)性狀相關(guān)基因，營(yíng)養(yǎng)調(diào)控的分子生物學(xué)機(jī)理。為養(yǎng)殖魚(yú)類獲得生長(zhǎng)快，抗性強(qiáng)和肉質(zhì)好等綜合性狀的培育提供了參考。

魚(yú)類 性狀 基因表達(dá) 營(yíng)養(yǎng)調(diào)控

魚(yú)類不僅為人類提供了重要的食物來(lái)源，而且是重要的優(yōu)質(zhì)蛋白源。魚(yú)類蛋白質(zhì)既含有人類生長(zhǎng)發(fā)育所需要的全部必需氨基酸，又含有決定肉質(zhì)味道的多種鮮味氨基酸，如谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和天門冬氨酸等。篩選培育具有優(yōu)良經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)性狀的魚(yú)類養(yǎng)殖品種以及采用遺傳改良或營(yíng)養(yǎng)調(diào)控加強(qiáng)優(yōu)良性狀的相關(guān)基因選擇和表達(dá)，是近年來(lái)科學(xué)工作者主要研究的方向。

1 魚(yú)類肥胖基因的研究

肥胖基因的研究主要在人、鼠、豬等哺乳動(dòng)物中進(jìn)行，而在魚(yú)類中的研究很少見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。hznag等（1994）證實(shí)肥胖基因在脊椎動(dòng)物中具有很強(qiáng)的保守性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，幾種不同攝食習(xí)性魚(yú)類肥胖基因均由438個(gè)核昔酸組成，編碼146個(gè)氨基酸組成的多膚，在相同攝食習(xí)性的魚(yú)類中，僅有2～4個(gè)核昔酸發(fā)生了突變，導(dǎo)致相應(yīng)的氨基酸發(fā)生了改變，但有部分發(fā)生的是同義突變。在不同攝食習(xí)性魚(yú)類之間，核昔酸和氨基酸序列基本一致，僅有幾個(gè)核普酸和氨基酸發(fā)生了改變，說(shuō)明本研究的幾種魚(yú)類雖然具有不同的攝食習(xí)性，但這種攝食習(xí)性并沒(méi)有影響魚(yú)類肥胖基因的結(jié)構(gòu)。至于這種改變是否對(duì)，肥胖基因的功能產(chǎn)生影響尚有待進(jìn)一步深入的研究。研究發(fā)現(xiàn)，幾種魚(yú)類肥胖基因與哺乳動(dòng)物肥胖基因相比具有較高的同源性。

2 魚(yú)類生產(chǎn)性狀的基因研究

魚(yú)類生產(chǎn)的目的是生產(chǎn)出生長(zhǎng)快、抗病性強(qiáng)、肉質(zhì)好等高產(chǎn)量的優(yōu)質(zhì)魚(yú)類，以期獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。從分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度分析，就是人為地控制與此優(yōu)良性狀相關(guān)基因的表達(dá)。

2.1 生長(zhǎng)相關(guān)基因

生長(zhǎng)激素是腦垂體前葉分泌的單一多肽鏈蛋白激素，約由173～188個(gè)氨基酸組成，分子量為220～220kDa，它具有促進(jìn)魚(yú)類生長(zhǎng)，加速蛋白質(zhì)合成，提高飼料轉(zhuǎn)化率和增強(qiáng)魚(yú)體抗性等多種功能魚(yú)類生長(zhǎng)激素的促生長(zhǎng)效應(yīng)主要是由胰島素樣生長(zhǎng)因子IGF-1介導(dǎo)的，IGF-1屬于胰島素樣生長(zhǎng)因子家族中的重要一員，是1個(gè)由70個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)，分子量約為7 500 Da。對(duì)胰島素生長(zhǎng)因子研究和克隆主要是限于胰島素樣生長(zhǎng)因子I（IGF-1），因它與魚(yú)類生長(zhǎng)發(fā)育直接相關(guān)。

2.2 抗性相關(guān)的基因

與其他脊椎動(dòng)物相似，魚(yú)類的抗性基因主要包括干擾素（Interferron，INF）、白介素（interleukin）和腫瘤壞死因子（TNF）等干擾素是當(dāng)魚(yú)類受到病毒的侵入，由自身免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的一類抗性蛋白，包括INF-α、INF-β和INF-γ 3種類型，它們分別為不同的基因表達(dá)產(chǎn)物。INF因子抵抗病毒侵入的分子機(jī)制是或通過(guò)激活核酸內(nèi)切酶（RNase I），或MxA降解入侵病毒的mRNA，或激活某些蛋白激酶，抑制病毒蛋白質(zhì)的合成，魚(yú)類腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor），又稱TNF，是機(jī)體受到病原微生物入侵時(shí)，由單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的炎癥細(xì)胞因子，在殺死腫瘤細(xì)胞，抵御寄生蟲(chóng)、細(xì)菌和病毒感染中起著重要的作用。

2.3 肉質(zhì)相關(guān)基因

肌球蛋白（myosin）為肌肉組織中主要蛋白質(zhì)成份，幾乎存在于高等脊椎動(dòng)物肌肉組織中，包括2條分子量為220 kDa左右的重鏈（heavy chain，HC）和4條分子量為15～24 kDa的輕鏈（light chain，LC）。對(duì)魚(yú)類肌球蛋白的研究，包括該蛋白各重鏈和輕鏈的提純，成份的分析以及相對(duì)應(yīng)的基因和表達(dá)控制已有不少研究報(bào)道，采用生物化學(xué)方法分離提純了虹鱒肌球蛋白重鏈，并采用此重鏈蛋白作為抗原制備出多克隆抗體和鑒定出其他結(jié)合蛋白.研究證實(shí)，魚(yú)類肌球蛋白重鏈的主要功能是保持肌肉纖維的運(yùn)動(dòng)能力和能量供應(yīng)ATPase的活力。Mullet white的肌原蛋白輕鏈LC1和LC3蛋白質(zhì)的氨基酸組成，并證實(shí)魚(yú)類輕鏈均來(lái)自于不同的基因產(chǎn)物。

3 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控

生長(zhǎng)激素（GH）是控制魚(yú)類生長(zhǎng)的主要激素，而GH對(duì)生長(zhǎng)的控制受激素受體（GHR）和胰島素樣因子IGF-1協(xié)調(diào)作用的結(jié)果。人為控制魚(yú)類餌料的投喂，饑餓禁食，導(dǎo)致肝組織GH受體數(shù)量下降，阻礙GH效應(yīng)，從而降低IGF-1 mRNA的轉(zhuǎn)錄。

維生素種類繁多，投一定含量的單種維生素或混合維生素，直接影響著魚(yú)類相關(guān)功能基因表達(dá)。應(yīng)用定量PCR技術(shù)揭示不同比例維生素C投喂鱒導(dǎo)致果糖激酶和胰島素樣生長(zhǎng)因子的mRNA表達(dá)存在顯著差異。同時(shí)還不同程度影響TNF，CD8和干擾素等抗性基因的表達(dá)。

影響魚(yú)類功能基因表達(dá)的主要礦物質(zhì)和金屬元素有磷（P）、鐵（Fe）、鎘（Cd）、鋅（Zn）和鈣（Ca++）等，磷是DNA分子的重要組成元素之一，餌料中P的加入可能直接影響DNA的合成以及最終影響基因表達(dá)過(guò)程.在鱒的養(yǎng)殖中發(fā)現(xiàn)，餌料中磷的添加，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)和磷酸酶的活力。

4 魚(yú)類基因轉(zhuǎn)移育種的研究

70年代以來(lái)，基因克隆與重組技術(shù)的誕生和飛速發(fā)展，為定向改變動(dòng)物性狀提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。與此同時(shí)，各種轉(zhuǎn)基因技術(shù)蓬勃發(fā)展，使利用基因轉(zhuǎn)移技術(shù)培育動(dòng)物新品系成為現(xiàn)實(shí)可能。朱作言等將小鼠重金屬結(jié)合蛋白基因啟動(dòng)子與調(diào)控順序與人生長(zhǎng)激素基因的重組DNA顯微注射進(jìn)鯽魚(yú)的受精卵內(nèi)，獲得了快速生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)基因魚(yú)（Transgenic fish），證明了外源基因在受體魚(yú)內(nèi)的整合，表達(dá)和促生長(zhǎng)作用。魚(yú)類是脊椎動(dòng)物中較原始的類群，從多倍體和雌核、雄核發(fā)育的成功例子來(lái)看，魚(yú)類的遺傳可塑性很大，從遠(yuǎn)緣雜交、細(xì)胞核移植等實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，不同種屬甚至亞科之間親合和協(xié)調(diào)都較容易。

目前，已有20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了這項(xiàng)研究，使用多種人工構(gòu)建的外源基因和啟動(dòng)子，在十幾種魚(yú)中進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移的研究，其中多例能獲得表達(dá)，少數(shù)還能遺傳給后代，這些研究結(jié)果對(duì)魚(yú)類育種具有重要意義和廣闊的應(yīng)用前景，在不遠(yuǎn)的將來(lái)有可能培育出更多的快速生長(zhǎng)和抗病的新品種。

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