BMPR-IB基因在高繁殖力綿羊世代群體中遺傳規(guī)律的研究

楊 華，楊永林

（新疆農(nóng)墾科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000）

BMPR-IB基因在高繁殖力綿羊世代群體中遺傳規(guī)律的研究

楊 華，楊永林?

（新疆農(nóng)墾科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000）

本研究以五個(gè)世代中國(guó)美利奴羊（軍墾型）為試驗(yàn)材料，應(yīng)用PCR-RFLP技術(shù)分析BMPR-IB基因在綿羊世代間基因頻率與基因型頻率的遺傳規(guī)律。統(tǒng)計(jì)分析表明，五個(gè)世代中BMPR-IB基因遺傳變化規(guī)律與高繁殖力綿羊培育過程一致，A746G堿基突變?yōu)榫d羊常染色體突變，其表型符合孟德爾遺傳分離模式，證明應(yīng)用BMPR-IB基因開展高繁殖力綿羊的培育是可行的。

中國(guó)美利奴羊（軍墾型）；BMPR-IB基因；世代；遺傳規(guī)律

家畜的繁殖性狀是重要的經(jīng)濟(jì)性狀之一，綿羊的產(chǎn)羔數(shù)是一個(gè)遺傳力很低的數(shù)量性狀，其遺傳力只有0.1左右，通過開展分子標(biāo)記輔助育種，能夠縮短選育時(shí)間而且可以提高選育的準(zhǔn)確性。BMPR-IB（FecB）基因由Davis等（1980年）在Booroola美利奴羊中發(fā)現(xiàn)的高產(chǎn)羔數(shù)主效基因[1]，于1989年被國(guó)際綿、山羊遺傳命名委員會(huì)正式命名，是研究最早、作用機(jī)制最清楚的基因。自1981年起，新疆農(nóng)墾科學(xué)院及有關(guān)單位在劉守仁院士的帶領(lǐng)下，有計(jì)劃地開展了多胎品系羊的培育工作，經(jīng)過多年努力，培育出體格大、四肢強(qiáng)健、抗病力強(qiáng)、耐寒耐粗飼、適于山地草原放牧飼養(yǎng)的多胎細(xì)毛羊品系核心群，群體平均繁殖率達(dá)182%[2]。2002年應(yīng)用PCR-RFLP方法證明，BMPR-IB基因?yàn)橹袊?guó)美利奴羊產(chǎn)羔數(shù)的主效基因，可以用于對(duì)綿羊產(chǎn)羔數(shù)的選擇。

中國(guó)美利奴羊（軍墾型）為我國(guó)自己培育的品種，分析該多胎品系綿羊選育過程中BMPR-IB基因型變化趨勢(shì)與分布規(guī)律有很重要的意義，可以從群體遺傳學(xué)角度證明中國(guó)美利奴羊產(chǎn)羔數(shù)的主效基因?yàn)锽MPR-IB基因，為更好地應(yīng)用BMPR-IB基因開展分子標(biāo)記輔助選育優(yōu)質(zhì)多胎綿羊提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理 試驗(yàn)綿羊?yàn)槲鍌€(gè)世代中國(guó)美利奴母羊（軍墾型）1 237只，其中包括830只肉用多胎品系綿羊和407只毛用多胎品系綿羊，采集綿羊耳組織，保存?zhèn)溆谩Ｍ瑫r(shí)記錄有產(chǎn)羔記錄的綿羊產(chǎn)羔數(shù)。

應(yīng)用酚、氯仿提取綿羊耳組織的DNA，具體步驟參照《分子克隆》第二版，提取的基因組DNA保存于-20℃?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要試劑 蛋白酶K、Taq酶均購自TaKaRa公司；pUC19 DNA/MspⅠ(HapⅡ)marker、限制性內(nèi)切酶AvaⅡ和引物購自上海生工生物工程公司。

1.3 綿羊多胎性狀BMPPRR--IIBB基因的PCR--RRFFLLPP分型用PCR-RFLP方法進(jìn)行綿羊BMPR-IB基因型的鑒定，應(yīng)用BMPR-IB基因特異性引物PCR擴(kuò)增，產(chǎn)物用限制性內(nèi)切酶AvaⅡ酶切，瓊脂糖凝膠電泳分析。方法參照Wilson等（2001）[3]的方法進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 綿羊各世代BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布的顯著性檢驗(yàn)使用統(tǒng)計(jì)軟件JMP 4.0（SAS Institute，2000）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 PCR--RRFFLLPP結(jié)果 經(jīng)過PCR擴(kuò)增BMPR-IB基因與電泳分析，PCR產(chǎn)物有特異性的擴(kuò)增條帶，與預(yù)期擴(kuò)增片段大小一致，可以直接進(jìn)行RFLP分析。用限制性內(nèi)切酶AvaⅡ消化PCR產(chǎn)物，經(jīng)2.5%瓊脂糖凝膠電泳后產(chǎn)生3種基因型，為突變型BB基因型、野生型++基因型與雜合型B+基因型，見圖1。

圖1 RFLP分析結(jié)果Fig.1 The results of RFLP

2.2 BMPPRR--IIBB基因不同等位基因在綿羊世代間的分布頻率 對(duì)綿羊BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)產(chǎn)生的不同基因型在中國(guó)美利奴（軍墾型）多胎品系羊第三、四、五、六和七世代的分布進(jìn)行分析，基因頻率與基因型頻率見表1，在中國(guó)美利奴兩個(gè)品系羊群的五個(gè)世代中+等位基因頻率占優(yōu)勢(shì)，均高于B等位基因頻率；在中國(guó)美利奴兩個(gè)品系羊群的五個(gè)世代中BB基因型頻率均比較小，低于++和B+基因型頻率，以++和B+基因型兩種基因型為主。中國(guó)美利奴肉用品系在第三、四、五和六世代BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布差異達(dá)到了顯著的水平（P＜0.05），特別是第四和六世代A746G位點(diǎn)基因型分布差異達(dá)到了極顯著的水平（P＜0.01），第三、四、五和六世代綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布均處于Hardy-Weinberg不平衡狀態(tài)；而在第七世代A746G位點(diǎn)基因型分布差異不顯著（P＞0.05），綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布均處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)；在中國(guó)美利奴毛用多胎品系中在第四世代BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布差異達(dá)到了極顯著的水平（P＜0.01），綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布均處于Hardy-Weinberg不平衡狀態(tài)；而在第三、五、六和七世代A746G位點(diǎn)基因型分布差異不顯著（P＞0.05），綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布均處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)。

表1 綿羊BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型和基因頻率在世代間的比較Table1 The comparisons of frequencies of genotype and gene ofBMPR-IBgene A746G site in five generations

圖2 中國(guó)美利奴肉用多胎品系羊BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)等位基因頻率在世代間變化趨勢(shì)Fig.2 The trend of frequencies of allele ofBMPR-IBgene A746G site in five Chinese Merino multiparous line for mutton production lines

圖2與圖3分別顯示出中國(guó)美利奴肉/毛用兩個(gè)多胎品系綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)等位基因頻率在世代間變化趨勢(shì)，可以看出世代間+等位基因頻率均高于B等位基因頻率。

中國(guó)美利奴肉用多胎品系綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)+等位基因頻率在G3～G6四個(gè)世代間呈下降趨勢(shì)，而在G7世代上升；而B等位基因頻率在G3～G6四個(gè)世代間呈上升趨勢(shì)，而在G7世代下降。中國(guó)美利奴毛用多胎品系綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)+等位基因頻率在G3～G5四個(gè)世代間呈上升趨勢(shì)，而在G5～G7世代開始下降；而B等位基因頻率在G3～G5四個(gè)世代間呈下降趨勢(shì)，而在G5～G7世代開始上升；但是總的變化趨勢(shì)不顯著。

圖3 中國(guó)美利奴毛用多胎品系羊BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)等位基因頻率在世代間變化趨勢(shì)Fig.3 The trend of frequencies of allele ofBMPR-IBgene A746G site in five Chinese Merino multiparous line for wool production lines

3 討論

3.1 中國(guó)美利奴羊（軍墾型）BMPPRR--IIBB基因的遺傳模式 本研究結(jié)合中國(guó)美利奴（軍墾型）多胎品系羊的選育實(shí)際情況，結(jié)合育種過程中注重高產(chǎn)羔數(shù)的性狀進(jìn)行選擇培育，收集五個(gè)世代綿羊樣本與綿羊產(chǎn)羔記錄，應(yīng)用PCR-RFLP技術(shù)檢測(cè)綿羊產(chǎn)羔性狀主效基因BMPR-IB基因的基因型，結(jié)果說明BB基因型與澳大利亞Booroola品系中FecB的B等位基因的是相同的[4-5]，在綿羊世代中對(duì)產(chǎn)羔數(shù)具有高貢獻(xiàn)率，而B+基因型同樣也對(duì)綿羊的產(chǎn)羔數(shù)具有重要作用，BB基因型個(gè)體平均產(chǎn)羔率達(dá)到280%，B+基因型個(gè)體平均產(chǎn)羔率達(dá)到250%。

對(duì)多胎性狀分離規(guī)律的研究表明，公羊和母羊都能夠攜帶BMPR-IB基因的B等位基因，不存在性別的差異，說明中國(guó)美利奴（軍墾型）多胎品系羊群中BMPR-IB基因A746G的堿基置換由常染色體突變所致，與澳大利亞Booroola品系羊群中FecB基因的遺傳分離模式以及作用機(jī)理相同，其表型符合孟德爾遺傳分離模式。

3.2 中國(guó)美利奴羊（軍墾型）多胎品系世代間BMPPRR--IIBB基因等位基因的分布分析 對(duì)綿羊BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)產(chǎn)生的不同基因型在中國(guó)美利奴（軍墾型）多胎品系羊第三、四、五、六和七世代的分布進(jìn)行分析，在中國(guó)美利奴兩個(gè)品系羊群的五個(gè)世代中+等位基因頻率占優(yōu)勢(shì)，均高于B等位基因頻率，BB基因型頻率均比較小，以++和B+基因型兩種基因型為主。說明在群體中由于自然基因突變所產(chǎn)生的人們所期望的經(jīng)濟(jì)性狀幾率比較低，通過不斷地選擇，來提高B等位基因在群體中的比例，從而提高群體的平均產(chǎn)羔率。

通過對(duì)群體的遺傳平衡狀態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，中國(guó)美利奴肉用多胎品系在第三、四、五和六世代綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布均處于Hardy-Weinberg不平衡狀態(tài)（P＜0.05）；而在第七世代A746G位點(diǎn)基因型分布均處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)（P＞0.05）；B等位基因頻率在G3～G6四個(gè)世代間呈上升趨勢(shì)，而在G7世代下降。說明在對(duì)肉用多胎品系的選育中，由于選育中對(duì)肉用性狀的選擇壓大，在培育中要在注意多胎性狀的同時(shí)，也必須注重肉用性能，因此在第七世代群體才達(dá)到Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)，肉用品系羊多胎性能處于穩(wěn)定。

而在中國(guó)美利奴毛用多胎品系中在第四世代綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布均處于Hardy-Weinberg不平衡狀態(tài)（P＜0.01）；而在第三、五、六和七世代綿羊群體中BMPR-IB基因A746G位點(diǎn)基因型分布均處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)（P＞0.05）；B等位基因頻率在G3～G5四個(gè)世代間呈下降趨勢(shì)，而在G5～G7世代開始上升，總的變化趨勢(shì)不顯著。這一結(jié)果也驗(yàn)證了在中國(guó)美利奴多胎品系培育中肉用多胎品系的培育要晚于毛用多胎品系的培育。在毛用多胎品系培育中前期（G3～G4）在毛用性狀（包括細(xì)度、長(zhǎng)度等重要表型）趨于穩(wěn)定以后，開始逐漸注重多胎性狀的選擇，使群體的選擇壓大；而在G5以后，多胎性狀也逐漸趨于穩(wěn)定，以BMPR-IB基因作為綿羊多胎性狀主效基因的遺傳貢獻(xiàn)得到了體現(xiàn)。

家畜的繁殖性狀在不同的品種、畜群及個(gè)體間差異很大，說明對(duì)家畜的繁殖性狀進(jìn)行遺傳改良是有條件和可能的。因此，利用DNA分子標(biāo)記來檢測(cè)并利用綿羊多胎性狀的主效基因成為提高繁殖率的主要措施，這樣可以通過對(duì)每一代綿羊的主效基因BMPR-IB基因分布規(guī)律開展追蹤，就能夠開展分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)（MAS）提高群體繁殖率。在多胎品系群體選育中，結(jié)合BMPR-IB基因型的檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)綿羊產(chǎn)羔數(shù)，表明應(yīng)用BMPR-IB基因開展分子標(biāo)記輔助育種是完全可行的，能夠快速增加群體規(guī)模，給養(yǎng)羊業(yè)生產(chǎn)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]Davis GH,Montgomery GW,Allison AJ,et al. Segregation of a major gene influencing fecundity in progeny of Booroola sheep[J].N.Z. J.Agric.Res,1982,25:525-529.

[2]劉守仁，邵長(zhǎng)發(fā)，張風(fēng)林，等.中國(guó)美利奴羊（新疆軍墾型）多胎品系的選育研究[J].畜牧與獸醫(yī)，1995，27（6）：246-248.

[3]Wilson T,Wu XY,Juengel JL,et al.Highly prolific Booroola sheep have a mutation in the intracellular kinase domain of bone morphogenetic protein IB receptor(ALK-6) that isexpressedinbothoocytesandgranulosa cells[J].Biology of Reproduction,2001,64（4）:1225-1235.

[4] Davis GH. Major genes affecting ovulation rate in sheep[J]. Genet. Sel. Evol, 2005, 37:S11-S23.

[5]Montgomery GW,Penty JM,Lord EA,et al.The search for the Booroola (FecB) mutation[J]. J Reprod Fertil Suppl,1995,49:113-121.

The Study on Inheritance of BMPR-IB Gene in Prolific Sheep

Yang Hua,Yang Yonglin*
（Animal husbandry and veterinary research institute of Xinjiang academy of agricultural and reclamation science，Xinjiang Shihezi 832000）

The inheritance ofBMPR-IBgene was analyzed by PCR-RFLP method in five generations of Chinese Merino(JunKen Type),The statistics analysis showed inheritance of BMPR-IB gene was consistent with breeding of high prolific sheep.Population genetic analysis showed phenotype distribution ofBMPR-IBgene was consistent with the Mendelian inheritance model.The mutation ofBMPR-IBgene were existed in the autosome.The breeding of the wool prolific line and mutton prolific line of Chinese Merino(JunKen Type)were succeeded,frequencies of three genotypes reached Hardy-Weinberg equilibrium in two prolific lines.

Chinese Merino(JunKen Type);BMPR-IBgene;Generation;Inheritance

S826.2

1672-9692(2015)09-0013-05

2015-07-26

楊華（1977-），男，博士，研究員，研究方向：動(dòng)物遺傳育種與繁殖。

楊永林（1964-），男，研究員，研究方向：動(dòng)物遺傳育種與繁殖。

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)（2011BA006）；兵團(tuán)綿羊繁育生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（2011KLS03）