犬繁殖性狀相關(guān)候選基因促卵泡素的研究進(jìn)展

劉成武 劉 軍

犬繁殖性狀相關(guān)候選基因促卵泡素的研究進(jìn)展

劉成武 劉 軍

促卵泡素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）是動物生殖相關(guān)的重要激素，是整個生殖周期中包括性腺發(fā)育、初情期性成熟以及配子生成必需的。產(chǎn)仔數(shù)是一個重要的繁殖性狀,產(chǎn)仔性狀是一個數(shù)量性狀,其遺傳力較低(僅0.11左右),并且需等到母犬產(chǎn)仔后才能度量,通過傳統(tǒng)的育種方法提高母犬產(chǎn)仔數(shù)收效甚微。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展,尋找多仔基因的遺傳標(biāo)記和通過標(biāo)記輔助選擇來提高繁殖性能成為育種工作的重要任務(wù)。1997年,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)現(xiàn)促卵泡基因(FSH)與產(chǎn)仔數(shù)的主控基因連鎖,隨后的研究結(jié)果表明FSH基因本身就是產(chǎn)仔數(shù)的主效基因。

一、FSH 基因的結(jié)構(gòu)

促卵泡素分子是一種糖蛋白激素，由兩個亞基（α亞基和β亞基）組成，由非共價鍵結(jié)合的α和β兩個亞單位組成的異質(zhì)二聚體，并且只有在二者結(jié)合情況下，才有激素活性。從這一點上來說，它同促黃體素、促甲狀腺素、人絨毛膜促性腺激素和孕馬血清促性腺激素相類似。對于同一種動物來說，α亞基的結(jié)構(gòu)在各種糖蛋白激素中幾乎是相同的，把不同激素的α亞基與不同激素的β亞基相互雜交，可以得到雜合重建分子。FSH 行使生物功能主要依賴于 β 亞基的特異作用（Pierce 等，1981；Kato 等，1988），所以也常把β亞單位叫做促性腺激素特異性亞單位。哺乳動物的 FSH β亞基長度均為111個氨基酸，而且氨基酸序列在幾種動物之間具有很強(qiáng)的保守性，例如在111個氨基酸中，人與馬 FSH β亞基只有 9個氨基酸的變化，同源性達(dá)到 92%，羊和牛之間有 8 個氨基酸的變化，豬與牛之間有 7 個氨基酸的變化，同源性為 94%，反應(yīng)出重要蛋白激素在進(jìn)化上的保守性。FSH 分子是由非共價鍵結(jié)合的α和β兩個亞單位組成的異質(zhì)二聚體。FSH 的α和β亞單位上存在 N-連接的寡糖，即寡糖是與天冬酰胺的酰胺氮共價結(jié)合的。還有一種不與β亞單位結(jié)合的游離α亞單位，在其 43 位蘇氨酸上有一個 O-連接的寡糖，即寡糖與蘇氨酸的羥基氧共價結(jié)合，這種寡糖不存在于α，β二聚體的α亞單位。另外，有的寡糖是硫基化的，有的則是唾液酸化的。同一種動物各種糖蛋白激素（如 FSH、LH、TSH、PMSG、hCG 等）的α亞單位的氨基酸順序均相同。不同動物的促性腺激素α亞單位氨基酸順序也有很大同源性。各畜種α亞單位中均有 10 個半胱氨酸殘基，其位置是高度穩(wěn)定的，因而不同畜種α亞單位的二硫鍵也是相同的。β亞單位決定激素的生物學(xué)特異性，但只有與α亞單位結(jié)合才有生物學(xué)活性。β亞單位包含12 個半胱氨酸殘基，形成 6 個分子內(nèi)二硫鍵，這在不同動物種間是高度穩(wěn)定的。但不同動物的同種激素或同種動物不同激素，β亞單位的 N-端長短不一。因而，F(xiàn)SH的種屬差異較大。

二、FSH基因的受體FSHR

FSHR 屬于 G 蛋白偶聯(lián)受體家族，是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的跨膜蛋白，特征是有7個疏水的螺旋插入到質(zhì)膜內(nèi)，胞內(nèi)和胞外的長度依賴配基的類型發(fā)生改變。FSHR 的胞內(nèi)部分偶聯(lián)到 Gs 蛋白上，當(dāng)激素 FSH 與受體胞外域相互作用后就啟動了級聯(lián)反應(yīng)，直接引發(fā)促性腺激素特定的生物學(xué)效應(yīng)。FSHR 相互作用幾乎沒有什么種屬特異性，不管是同源還是異源系統(tǒng)均有相似特征。在FSHR 的精確定位方面，放射自顯影顯示標(biāo)記的 FSH 被選擇性的定位到支持細(xì)胞的表面，位于緊密連接的外面。通過熒光原位雜交和連鎖分析將 FSHR 基因定位到 2號或3號染色體。FSHR 基因是一個單拷貝基因（single-copy gene），由 10 個外顯子和 9 個內(nèi)含子組成。FSHR 基因表達(dá)具有高度的組織特異性，并且嚴(yán)格地依賴不同激素的刺激。FSHR 基因的 5’側(cè)翼區(qū)缺少規(guī)范的 TATA 或 CCAAT 啟動子元件，而且也沒有 LH受體上的 GC box，啟動子特異轉(zhuǎn)錄因子 SP1 的結(jié)合位點。關(guān)于 FSHR 啟動區(qū)調(diào)控元件的研究至今還沒有很一致的說法。FSHR 基因啟動子的特異表達(dá)還可能與甲基化有關(guān)。FSHR 基因單核苷酸變異與功能的研究方面，宋美玲（2005）分析發(fā)現(xiàn) 5’調(diào)控區(qū)和部分外顯子 1序列的單核苷酸多態(tài)與超排的效果有顯著影響。寧立娜（2006）對動物抽樣群體 FSHR 基因的外顯子 10 部分序列進(jìn)行 PCR-SSCP 基因型判定，發(fā)現(xiàn)了兩種基因型：AB 型和 AA 型。高產(chǎn)群和普通群體的 AA 基因型頻率都比相應(yīng)的低產(chǎn)群要低。

三、FSH 基因的生物學(xué)作用

FSH 通過結(jié)合唯一分布在性腺靶細(xì)胞上的特異受體行使功能。卵泡刺激素在垂體內(nèi)受一系列糖基化加工，形成一系列糖基化不同的 FSH異形物(FSHisoforms)，分泌至血液循環(huán)內(nèi)與性腺靶細(xì)胞受體結(jié)合，經(jīng)過次級信使 Ca2+及 cAMP 引起一系列生物反應(yīng)， 促進(jìn)顆粒細(xì)胞增生與卵泡液的分泌，并誘導(dǎo)促黃體素 LH、促乳素 PRL 的受體生成及芳香化酶的生成，刺激雌二醇的合成與釋放，從而協(xié)調(diào)控制配子細(xì)胞的發(fā)育和成熟；促進(jìn)睪丸足細(xì)胞合成和分泌雌激素，刺激生精上皮的發(fā)育和精子發(fā)生（在次級精母細(xì)胞及其以前階段，F(xiàn)SH起重要作用，此后由睪酮起主要作用）。家畜在排卵前20～30小時 出現(xiàn)第二次 FSH 高峰，啟動另一批卵泡形成卵泡腔，為下一周期排卵作準(zhǔn)備，而且 FSH 高峰期的量與17天 內(nèi)卵巢內(nèi)的有腔卵泡數(shù)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。因此，F(xiàn)SH 是相當(dāng)重要的一種生殖激素。在生理條件下，促卵泡素和促黃體素具有協(xié)同作用，對其分別研究發(fā)現(xiàn)促卵泡素對雌性動物的生理作用，主要是刺激卵泡的生長和發(fā)育。試驗證實，促卵泡素能提高卵泡壁細(xì)胞的攝氧量，增加蛋白質(zhì)合成；促進(jìn)卵泡內(nèi)膜細(xì)胞分化，促進(jìn)顆粒細(xì)胞增生和卵泡液的分泌。一般來說，促卵泡素能影響生長卵泡的數(shù)量。只有在促黃體素的協(xié)同作用下，才能激發(fā)卵泡的最后成熟，誘發(fā)排卵并使顆粒細(xì)胞變成黃體細(xì)胞。FSH 在維持卵母細(xì)胞生長和卵泡結(jié)構(gòu)的完整性方面起著十分重要的作用。體外試驗發(fā)現(xiàn)，高濃度的 FSH 能顯著地促進(jìn)腔前卵泡的生長和腔的形成，且能夠提高腔前卵泡的成活率（靳雙星等，2007；Ji 等，2001）。大量的研究表明，F(xiàn)SH 在抑制卵泡閉鎖方面也起著重要作用。FSH 在卵泡從腔前階段向早腔階段發(fā)育過程中，是調(diào)節(jié)卵泡發(fā)育和抗閉鎖的重要因素（Orisaka等，2006）。對雄性動物，促卵泡素的作用主要是促進(jìn)生精上皮發(fā)育和精子形成，試驗觀察發(fā)現(xiàn)，促卵泡素能促進(jìn)曲精細(xì)管的增長，促進(jìn)生精上皮細(xì)胞分裂，刺激精原細(xì)胞增殖，而且在睪酮的協(xié)同作用下促進(jìn)精子形成。

四、FSH 基因?qū)Ψ敝承阅苡绊?/h2>

高的排卵率和良好的子宮容量是高產(chǎn)仔的物質(zhì)基礎(chǔ)，而在卵泡發(fā)育和排卵過程中，卵泡刺激素（FSH）和促黃體素（LH）是兩種起直接作用的糖蛋白激素，其中 FSH 應(yīng)用于超排的研究業(yè)已證明高濃度的 FSH 可以促進(jìn)更多的卵泡成熟，在 LH 協(xié)同作用下，實現(xiàn)超排。近年來，在許多動物實驗中，對抑制素免疫所引起的排卵率的變化最終亦歸因于 FSH 濃度的上升。但隨著胎次的增加，F(xiàn)SHβ座位影響產(chǎn)仔數(shù)的效應(yīng)也在下降，這可能是因為隨母畜年齡的增加，環(huán)境因素（如營養(yǎng)和應(yīng)激）對繁殖性狀的影響加大。FSH基因是否對其他重要生產(chǎn)性狀有影響，需進(jìn)行更深入的研究。

五、FSH基因在犬繁殖育種中的應(yīng)用前景

目前FSH在很多動物上都得到了很好的應(yīng)用，由此可以證明FSH 在犬的繁殖育種中將發(fā)揮巨大的作用：誘導(dǎo)乏情期的母犬發(fā)情： 接近發(fā)情期的母犬使用FSH 處理，可誘導(dǎo)乏情期的母犬發(fā)情和配種，進(jìn)行同期發(fā)情處理，并能縮短胎間距， 提高母犬的繁殖效率；提高公犬精液品質(zhì)：公犬精子密度不足或精子活力差可致母犬不孕，應(yīng)用FSH和LH 治療，可提高精子密度，改善精液品質(zhì)；治療母犬卵巢疾病： FSH 對卵巢機(jī)能不全、卵泡發(fā)育停滯或交替發(fā)育均有較好療效；超排處理：在進(jìn)行犬胚胎移植工作中，為了獲得大量的卵子和胚胎，常用FSH 對供體犬只進(jìn)行處理，使其卵泡大量發(fā)育成熟和排卵；卵母細(xì)胞的體外成熟和體外受精實驗中添加FSH可以促進(jìn)卵母細(xì)胞的完全成熟，從而進(jìn)一步應(yīng)用于體外受精等?？傊?，卵泡刺激素因其廣泛而重要的生物學(xué)功能，在犬的繁殖育種和相關(guān)疾病治療等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

（作者單位：公安部警犬技術(shù)學(xué)校，110034）

（編輯：李 冰）