肌肉生長(zhǎng)抑制素及其在動(dòng)物育種中的應(yīng)用

孫丹紅 王 浩 孫 聰

（1.遼寧省撫順縣動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，撫順 113100；2.遼寧省撫順市動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，撫順 113000）

“雙肌?！保―M），其特征是有非常多的肌肉組織，不同的特征用來(lái)描述雙肌牛。如，瓶狀大腿（bottle-thighed）、復(fù)腰（doppel lender or double loin）、灰狗肚（Yorkshire，greyhound belly）、雙尻（Teeswater and double rumped）。對(duì)雙肌基因和其等位基因（double muscular／ norma1）的表示方法也有許多種，如，DM／N、D／n、DM／dm、C/N、c／n、A/a及rnh／+等。

雙肌表型的特征是肌肉過(guò)度增大，特征是身體的前部或是后四分之一部分，有顯著突出的發(fā)達(dá)肌肉。肌肉間有明顯的肌溝分界線。其他的體格特征包括四肢骨成色，和雄性新生仔畜的巨舌癥。雙肌動(dòng)物有較低的骨和脂肪含量，有較高比率的“值錢”的肉。然而它也存在一些缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)包括生育力降低，犢牛成活率下降，應(yīng)激性增高，和難產(chǎn)。

1 雙肌牛的歷史

一般認(rèn)為比利時(shí)蘭牛是雙肌牛的原型，比利時(shí)蘭牛源于在1850年左右利用英國(guó)短角牛和荷蘭Friesians牛與比利時(shí)本地牛的雜交，目的是為了培育乳肉兼用型牛。在20世紀(jì)40年代，其品種又一分為二，肉用和乳用分開，之后比利時(shí)蘭牛就逐漸被培育成為了優(yōu)良的肉用牛品種。通過(guò)對(duì)比利時(shí)蘭牛長(zhǎng)期細(xì)致的觀察和研究Quesada & Cachafeiro 認(rèn)為雙肌表型被有9個(gè)不同的基因型表達(dá)為4種不同的表型。

2 雙肌的生理學(xué)鑒定

盡管命名為雙肌，但雙肌表型并不是指肌肉的重迭，而是肌纖維數(shù)量的增加和變粗（肥大），雙肌牛在出生時(shí)的肌纖維含量就幾乎是正常牛的2倍。雙肌牛白肌纖維的比率較高，并且有較低的膠原物質(zhì)。有報(bào)道稱雙肌牛的肌肉中結(jié)締組織含量很少，這可能是其敏感的原因。此外還發(fā)現(xiàn)雙肌牛和正常牛相比有不同水平的激素水平，雙肌牛血漿中（GH）水平始終低于正常牛的水平。胰島素也有相似結(jié)果，正常牛血清中肌酸和肌酸肝。肌肉IGF2（胰島素樣生長(zhǎng)因子）mRNA濃度也比雙肌牛的要高。

通過(guò)強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，雙肌牛比正常牛表現(xiàn)出了更易疲勞的特征。其原因是血液循環(huán)減少（血容量降低和血細(xì)胞比容值下降）引起的代謝性酸中毒，其一方面導(dǎo)致了氧的運(yùn)輸缺乏，另一方面也降低了雙肌牛肌肉組織的有氧代謝活性。雙肌牛大量的肌肉導(dǎo)致了在熱應(yīng)激過(guò)程中較高的產(chǎn)熱量，并伴有較低的散熱能力（呼吸容量減少）。然而需要注意的是，雙肌表型不僅僅受品種的影響而且還受營(yíng)養(yǎng)和性別的影響。

正如前面論述的，雙肌牛胴體的脂肪含量顯著的低于正常牛，尤其是肌內(nèi)的脂肪，我們熟知的“大理石樣斑紋”在雙肌表型牛中受到極大的影響?！按罄硎瘶影呒y”的減少導(dǎo)致了肉口味等級(jí)的降低，并且有報(bào)道稱導(dǎo)致“大理石樣斑紋”減少的的原因是皮下和體內(nèi)固有的脂肪組織細(xì)胞體積的減小。有研究表明這種變異也存在于比利時(shí)蘭牛的脂肪庫(kù)中。在評(píng)定雙肌牛肌內(nèi)的脂類總量和不飽和脂肪百分率過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其脂類總量值低，不飽和脂肪百分比高。雙肌牛和正常牛分別有11%和2.7–6.1%的不飽和脂肪酸比率。并且比利時(shí)蘭品種的肌內(nèi)脂肪中極性脂質(zhì)脂肪酸和亞油酸的比率非常的高。雙肌牛比其他正常品種的牛有非常高的瘦肉率，并且肉的脂肪含量很低，而且脂肪多為不飽和的，所有這些特征都和現(xiàn)在的健康標(biāo)準(zhǔn)都相當(dāng)?shù)奈呛稀?/p>

雙肌牛與正常牛相比表現(xiàn)出生殖力下降，雙肌牛很少能足月生產(chǎn)，這意味著其胚胎有更高的死亡率。

3 Myostation遺傳評(píng)價(jià)和其在肌肉調(diào)控中的作用

肌肉肥大的變異源于myostatin（MSTN）或是生長(zhǎng)和分化因子-8（GDF8）基因，它有強(qiáng)大的保守區(qū)，并能在正在發(fā)育的和發(fā)育成熟的骨骼肌中表達(dá)。Myostatin基因位于牛2號(hào)染色體頂部包括3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子。并且在豬、水牛、斑馬魚、海洋烏頰魚、雞、和家鼠中都有發(fā)現(xiàn)。

Myostatin能夠積極地抑制骨骼肌生長(zhǎng)。由于在純合子中有功能缺失突變體mh等位基因，所以會(huì)導(dǎo)致肌肥大。從比利時(shí)藍(lán)或是皮愛蒙特父本中遺傳了單拷貝突變體mh等位基因的動(dòng)物與沒有遺傳突變體mh等位基因的動(dòng)物后代相比，能夠增加最長(zhǎng)肌的長(zhǎng)度和產(chǎn)量，并且能減少外部和肌內(nèi)的脂肪沉積。

目前發(fā)現(xiàn)MSTN基因序列有6個(gè)突變，這6個(gè)突變使基因失活引起肌肥大。比利時(shí)藍(lán)牛的mh核苷酸缺失11bp（821-831），這種缺失的結(jié)果是導(dǎo)致缺失后面的第14個(gè)密碼子開始翻譯功能被破壞，結(jié)果造成C-端的7個(gè)氨基酸被翮譯，剩余的102個(gè)氨基酸（274～375）全部丟失，蛋白功能喪失。羧（末）端區(qū)域在TGF-β超家族中是高度保守的。Asturiana品種的雙肌牛也會(huì)發(fā)生同樣的突變。與此不同的是皮愛蒙特雙肌牛和Gasconne牛在外顯子3核酸位點(diǎn)938發(fā)生突變（C313Y）G-A，造成半胱氨酸為酪氨酸代替，這破壞了蛋白質(zhì)固有的二硫鍵構(gòu)象。其他的突變還包括外顯子2中nt419（del7–ins10），從起始密碼起在位點(diǎn)4l9發(fā)生的插入/缺火，使7 bp的堿基為毫不相關(guān)的1O bp序列所代替，導(dǎo)致氨基酸位點(diǎn)140處N-端潛在相關(guān)的縮氨酸中終止子的早熟；外顯子2中核甙酸位點(diǎn)610的轉(zhuǎn)換C-T，Q204X（氨基酸位點(diǎn)204相關(guān)的終止成熟），676位點(diǎn)的轉(zhuǎn)換G-A，E226X（氨基酸位點(diǎn)226相關(guān)的終止成熟），和外顯子3中874核甙酸位點(diǎn)的轉(zhuǎn)換C-T。這些變異都將導(dǎo)致蛋白活性喪失從而不能調(diào)整肌纖維的生成。

此外，myostatin編碼區(qū)存在功能缺失突變，研究了10個(gè)不同歐洲品種的35個(gè)雙肌牛個(gè)體表明myostatin基因的編碼區(qū)同樣存在大量的突變，最著名的是外顯子1核苷酸位點(diǎn)282的C轉(zhuǎn)變?yōu)锳，就是我們熟知的F94L，還有2個(gè)非同源性的錯(cuò)義突變，即分別發(fā)生在外顯子1和2上的S105C和D182N。利木贊牛和Blonde d'Aquitaine（金黃阿奎頓牛，法國(guó)）并沒有MSTN基因的功能缺失變異。大多數(shù)利木贊牛都是F94L突變的純合體，顯然這樣的突變不太可能引起MSTN調(diào)控功能的喪失。The Blonde d'Aquitaine（金黃阿奎頓牛，法國(guó)）都是典型的天然型純合子牛。這說(shuō)明還有未確定的因子能導(dǎo)致肌肥大，這些因子可能存在于MSTN編碼區(qū)之外。

4 難產(chǎn)

雄性雙肌動(dòng)物的妊娠期較長(zhǎng)，原因是雙肌幼仔比正常幼仔有更高的出生體重。這導(dǎo)致了較高的難產(chǎn)率和較高的新生仔畜死亡率。更加重了這個(gè)問(wèn)題的還有母牛骨盆較高水平的肌肉量，這些肌肉阻止了骨盆的擴(kuò)張，導(dǎo)致難產(chǎn)。因?yàn)殡y產(chǎn)常發(fā)生在純合的mh等位基因突變體母牛身上，雜合（子）的母牛發(fā)生難產(chǎn)的幾率很低，并且能夠分娩純合的mh等位基因突變雄性牛犢。這就為育種者提供了一種有效的方法，這不僅降低了出生的成本而且提高了母牛和牛犢的安全性。

5 雙肌的鑒別

鑒別雙肌的典型的依據(jù)是肌肥大的程度，評(píng)定肌間溝和其他一些外部的特征，比如骨盆傾斜[度]、尾部較高的附著點(diǎn)。過(guò)去的鑒別純粹通過(guò)描述上述的表形特征，自從發(fā)現(xiàn)了myostatin基因并鑒定了家畜的mh變異之后不久，雙肌的鑒定就完全利用遺傳標(biāo)記試驗(yàn)來(lái)鑒別。正如以前提到的，比利時(shí)蘭mh基因外顯子3有11-bp的堿基缺失，位于有生物活性的羧（末）端區(qū)域，是一段高度保守的區(qū)域，這些缺失可以用來(lái)標(biāo)記DM。多中分子技術(shù)已經(jīng)用來(lái)鑒定mh基因的這種變異。Fahrenkrug等首先利用PCR驗(yàn)證了比利時(shí)蘭和Piedmontese牛的nt821（del11）和C313Y變異。1年后Karim等發(fā)現(xiàn)牛的myostatin基因有6個(gè)變異。這6個(gè)變異分別是nt419（del7–ins10），Q204X，E226X，nt821（del11），C313Y 和E291X。這些測(cè)定給育種者提供個(gè)更好的育種程序。

6 結(jié)論

盡管自然的myostatin基因突變只發(fā)現(xiàn)在于牛的繁育中，但對(duì)其他動(dòng)物的遺傳修飾，例如綿羊、豬、山羊、雞等也將為時(shí)不晚。盡管這有些違背倫理，但經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，人工誘導(dǎo)的myostatin基因突變動(dòng)物是有誘人的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。

[1]Wiener P.，Smith J.A.，Lewis A.M.，et.al.Muscle-related traits in cattle：the role of the myostatin gene in the South Devon breed[J].Genetics Selection Evolution.2002，（34）：221–32

[2]Karim L.，Coppieters W.，Grobet L.，et.al.Convenient genotyping of six myostatin mutations causing double-muscling in cattle using a multiplex oligonucleotide ligation assay[J].Animal Genetics.2000，（31）：396–399

[3]Miranda M.E.，Dunner S.，Amigues Y.Et.al.SNP Screening at the Myostatin Gene Level in European Cattle Breeds.Proceedings of 27th International Conference on Animal Genetics Minneapolis，USA.2000

[4]Fahrenkrug S.C.，Casas E.，Keele J.W.et.al.（1999）Technical note：direct genotyping of the double-muscling locus（mh）in Piedmontese and Belgian Blue cattle by fluorescent PCR[J].Journal of Animal Science，1999，（77）：2028–2030