家畜MyoG基因結(jié)構(gòu)和功能研究進(jìn)展

欒兆進(jìn)，曲緒仙，賀建寧，柳 楠

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山東青島266109；2.山東省畜牧總站，山東濟(jì)南250000）

生肌調(diào)節(jié)因子（MyoGenic Regulatory Factors，MRFs）家族又叫生肌決定因子（MyoD）基因，近年來通過對此家族的結(jié)構(gòu)、功能以及調(diào)節(jié)機(jī)制的研究人增加了人們對肌肉生成過程的認(rèn)知?，F(xiàn)階段在哺乳動(dòng)物中確定的生肌調(diào)節(jié)因子（MRFs）包含4 個(gè)：MyoD、MyoGenin、Myf5 和MRF4［1］。根據(jù)功能的不同劃分為兩大類：一類是作用于胚胎發(fā)育時(shí)期成肌細(xì)胞的激活、發(fā)生，稱為成肌決定因子（determination－class MRFs），如MyoD、Myf5；另一類是調(diào)控成肌細(xì)胞的分化、融合，稱為成肌分化因子（differentiation－class MRFs），如MyoG。相關(guān)研究證實(shí)：MyoG基因的轉(zhuǎn)錄受Ski原癌基因、Six1、Eya3聯(lián)合調(diào)控，進(jìn)而導(dǎo)致肌肉終末分化［2］。肉用動(dòng)物如豬、牛，其肌纖維數(shù)與生長能力相關(guān)［1］，由于出生后的纖維數(shù)不再增加，因此肌肉組織的生長只取決于肌纖維肥厚度的變化。研究表明肌細(xì)胞生成和生長主要由生肌調(diào)節(jié)因子作用來調(diào)控［3］。MyoG基因可以在幾乎所有骨骼肌細(xì)胞系中表達(dá)［4］，所以其表達(dá)對肌細(xì)胞生成、融合以及肌肉組織生長產(chǎn)生的影響作用不容忽視。本文對MyoG基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)特點(diǎn)、多態(tài)性以及功能的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 MyoG 基因的結(jié)構(gòu)

豬的MyoG基因含有3個(gè)外顯子，外顯子1編碼螺旋－環(huán)－螺旋（basic helix－loop－h(huán)eli，b－HLH ）結(jié)構(gòu)域，外顯子2編碼一個(gè)含有27個(gè)氨基酸轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，外顯子3編碼4種MyoD蛋白共有的C 端保守序列。豬的外顯子和內(nèi)含子區(qū)域與人類和小鼠基因非常相似［1］。鄧鳳［5］研究得出羊MyoG基因含有2個(gè)內(nèi)含子，分別為766bp和587bp。測序發(fā)現(xiàn)山羊MyoG基因序列核苷酸富含GC（58.6%），且外顯子GC含量明顯高于內(nèi)含子，與其它物種（包括牛、豬、人和鼠）的外顯子序列具有高度保守性。成都麻羊MyoG基因序列長1 957bp，包含3個(gè)外顯子、2 個(gè)內(nèi)含子，外顯子1、2、3 的大小分別是398 bp、82bp、122bp，內(nèi)含子1和內(nèi)含子2的大小分別為765bp和589bp［6］。劉錚鑄等［7］對PCR 產(chǎn)物回收測序獲得了波爾山羊2 363bp長的MyoG基因序列，分析出波爾山羊MyoG基因由3個(gè)外顯子、2個(gè)內(nèi)含子及部分5′UTR（74bp）和3′UTR（260bp）區(qū)組成，編碼序列長675bp，共編碼224個(gè)氨基酸，該序列所編碼的肽鏈不含信號肽，MyoG基因的b－HLH 結(jié)構(gòu)域由第1～138 個(gè)氨基酸構(gòu)成。山羊中MyoG基因種間同源性較高，其與綿羊的編碼氨基酸同源性均為100%，分析表明其編碼肽鏈不含信號肽，是一種由細(xì)胞核來定位的疏水性蛋白［8］。牛MyoG基因序列長3 175bp，其與豬、人和小鼠相應(yīng)序列的同源性較高，分別為86%，78%和73%，具有一定的種間保守性［9］。日本和牛MyoG基因的166～2 125bp 啟動(dòng)子序列中有1 個(gè)TATA 盒，15 個(gè)E－box并可能含有MyoD、MEF2、MEF3、MTBF、TEF1、PRDF、SP1、多個(gè)SRF、ERE、GRE 及多個(gè)Oct－1等轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控結(jié)合位點(diǎn)，而這些轉(zhuǎn)錄因子可能通過調(diào)控啟動(dòng)子活性來影響轉(zhuǎn)錄［10］。

2 MyoG 基因的作用機(jī)制

肌細(xì)胞的數(shù)量、肌纖維的多少和大小決定了肌肉重。成肌細(xì)胞分化實(shí)質(zhì)是由一些正向調(diào)控因子和負(fù)向調(diào)控因子雙向調(diào)節(jié)的過程。生肌調(diào)節(jié)因子家族對成肌細(xì)胞的增殖和分化起正向調(diào)控作用，它們通過激活肌肉特定基因，來調(diào)控肌動(dòng)蛋白（actin）基因發(fā)揮作用。當(dāng)多功能胚胎干細(xì)胞定向發(fā)育為成肌細(xì)胞時(shí)，含有b－HLH 結(jié)構(gòu)的生肌調(diào)節(jié)因子即表達(dá)來引導(dǎo)發(fā)育，若此時(shí)的生肌調(diào)節(jié)因子水平降低或撤出會導(dǎo)致成肌細(xì)胞的分裂、增值停止［11］，其中MyoG通過控制成肌細(xì)胞的融合和肌纖維的形成來調(diào)節(jié)肌肉生成，是肌細(xì)胞終末分化的關(guān)鍵因素。

3 MyoG 基因的功能

3.1 多態(tài)性與功能的關(guān)系

儲明星等［12］利用PCR－SSCP 研究綿羊MyoG基因第1外顯子多態(tài)性，183bp處發(fā)生的單堿基突變（C＞T），引起編碼丙氨酸的密碼子突變?yōu)槔i氨酸密碼子。鄧鳳［5］檢測MyoG基因外顯子1 編碼區(qū)305bp處存在T＞C 的突變，外顯子2編碼區(qū)則不存在多態(tài)性。劉錚鑄等［13］克隆959bp山羊MyoG基因，證實(shí)了BB基因型在內(nèi)含子2的1 791bp處發(fā)生T＞C突變。天府肉羊和成都麻羊MyoG基因內(nèi)含子1第422bp檢測到C＞T 突變，存在E、F 2個(gè)等位基因，其中E 等位基因頻率具有優(yōu)勢。天府肉羊群體中含有E 等位基因的個(gè)體在各個(gè)年齡段的體重、體高、胸圍和管圍均顯著或極顯著高于不含E 等位基因的個(gè)體［14］。由此初步推測MyoG基因可能是影響天府肉羊和成都麻羊生長性狀的主效基因或者是與之存在緊密遺傳連鎖的標(biāo)記。Yin等［15］研究MyoG基因多態(tài)性與雞肉質(zhì)性狀相關(guān)，在第一外顯子154bp處發(fā)現(xiàn)T＞C 堿基突變，而且不同基因型之間對活體重、胴體重、半凈膛重、胸肌重具有極顯著影響。這一結(jié)果暗示了MyoG基因可能是影響雞胴體性狀的主效基因或者是與之緊密遺傳連鎖的標(biāo)記。Bocian等［16］發(fā)現(xiàn)豬MyoG基因?qū)﹄伢w脂肪沉積和肌肉增長有重要影響，為繼續(xù)研究此基因如何影響肉質(zhì)性狀奠定基礎(chǔ)。TePas等［17］發(fā)現(xiàn)MyoG基因有3個(gè)變異位點(diǎn)，初步研究表明變異位點(diǎn)與豬初生重、肌纖維數(shù)有關(guān)。TePas等［18］研究得出豬MyoG的基因型影響其生長率和肌肉重。Lin等［19］研究得出二臉花豬MyoG基因不同基因型對出生重影響極顯著（P＜0.01），AB 基因型的肌纖維平均直徑顯著小于BB 基因型，因此肌纖維密度表現(xiàn)為AB基因型大于BB基因型。Zhu等［20］研究MyoG基因3′端MspI酶切多態(tài)性與肉質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)，證實(shí)其N 等位基因極顯著影響胴體瘦肉率、眼肌面積，減少脂肪含量，極顯著影響降低pH 值、肉顏色、肌內(nèi)脂肪含量，增加滴水損失，導(dǎo)致肉質(zhì)變差。Anton等［21］針對大白豬MyoG基因進(jìn)行多態(tài)性檢測，發(fā)現(xiàn)AA、AB、BB 三種基因型，由于BB 基因型較少，此基因?qū)Τ錾氐挠绊懖伙@著，但BB基因型的出生重相對于AA 基因型仍有增加趨勢，如果可以加大種群數(shù)目，提高BB頻率，對于MyoG基因與出生重的關(guān)系會更明確；MyoG基因不同基因型之間的差異顯著，其中在育肥期BB 基因型小豬表現(xiàn)出最快的生長速度。Krzecio 等［22］研究證明CAST 基因和MyoG基因變異對豬后腿重有積極影響，同時(shí)對腰肌重有消極影響，兩個(gè)基因的相互作用顯著影響背膘厚度。豬MyoG基因外顯子1上發(fā)現(xiàn)2 512bp處A＞G 突變，檢測到A、B 兩個(gè)等位基因，研究發(fā)現(xiàn)提高等位基因A 的頻率可減小肌纖維面積與直徑，增加肌纖維密度，由此推斷MyoG基因可能是影響豬肌纖維形狀的候選基因［23］。Bhuiyan 等［24］利用PCR－SNP、PCR－RFLP 的方法發(fā)現(xiàn)牛MyoG基因1 111bp處C＞G 突變，此位點(diǎn)的多態(tài)與活重的正相關(guān)性接近顯著。牛MyoG基因的外顯子1的466bp處存在G＞C突變，但是該位點(diǎn)的突變未引起氨基酸序列的變化［25］。

3.2 時(shí)空表達(dá)與功能的關(guān)系

MyoG基因作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，其表達(dá)使特異的骨骼肌胚胎性受體和收縮蛋白（如胚胎型煙堿樣乙酰膽堿受體胚胎型、Trponin亞基胚胎型、肌球蛋白重鏈等）的合成得以進(jìn)行，因此MyoG是至關(guān)重要的一個(gè)成肌調(diào)節(jié)因子［4］。張曉卉［26］研究顯示MyoG基因只在骨骼肌組織中表達(dá)，在心臟，肝臟，脾臟，肺，腎臟，大腸，小腸，胃，卵巢組織中均不表達(dá)。目前針對MyoG基因的研究涉及到肌細(xì)胞生成素基因的表達(dá)特點(diǎn)、確認(rèn)其作用時(shí)期、部位以及因此而產(chǎn)生的特異性功能。研究顯示，MyoG參與骨骼肌損傷及修復(fù)過程，骨骼肌損傷后其mRNA 表達(dá)先升高，后下降，在24h達(dá)到峰值［27］。相關(guān)研究證實(shí)MyoG基因的表達(dá)限制了新前體細(xì)胞的形成，因此被認(rèn)為對產(chǎn)肉量有重要影響［3］。湖羊MyoG基因的表達(dá)呈先增加再下降再增加的趨勢，并且在2日齡時(shí)表達(dá)量最低，說明MyoG基因的表達(dá)對湖羊早期肌肉性狀有正向調(diào)控作用［28］。鄺良德等［29］研究得出肉兔MyoG基因表達(dá)量與宰前活重及全凈膛率呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與日增重呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。MyoG蛋白表達(dá)定位于骨骼肌細(xì)胞核，豬胎兒期間骨骼肌的MyoG蛋白表達(dá)水平高于成熟豬骨骼肌，對于同種豬的腿部骨骼肌中MyoG蛋白表達(dá)水平顯著高于背部骨骼?。?0］，這項(xiàng)結(jié)果為繼續(xù)分析MyoG的調(diào)節(jié)作用奠定了基礎(chǔ)。李碩等［31］研究證實(shí)牛MyoG基因啟動(dòng)子可以特異性的在綿羊骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞中驅(qū)動(dòng)外源基因的高表達(dá)，是一種有效的肌肉細(xì)胞特異性啟動(dòng)子，這一結(jié)論從理論上揭示MyoG基因表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)控位點(diǎn)，為改良家畜肉質(zhì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

3.3 甲基化與功能的關(guān)系

姜美華等［32］通過C2C12 成肌細(xì)胞來探討肌源性干細(xì)胞成脂過程與調(diào)控成脂和成肌分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子MyoG啟動(dòng)子區(qū)甲基化的關(guān)系，MyoG基因在馬血清促進(jìn)的成肌過程中甲基化水平不斷降低，轉(zhuǎn)錄水平急劇增加；在三聯(lián)誘導(dǎo)過程中，MyoG啟動(dòng)子的甲基化水平逐漸下降，但下降幅度弱于馬血清誘導(dǎo)的成肌過程，轉(zhuǎn)錄上調(diào)降低，兩種方式共同證實(shí)了MyoG啟動(dòng)子區(qū)的DNA 甲基化變化對成肌細(xì)胞的分化和脂肪沉積具有一定的調(diào)控作用。

4 展望

生長速度、瘦肉率、體重等性狀決定著動(dòng)物肉用價(jià)值的高低，而動(dòng)物在初生時(shí)所具有的肌纖維數(shù)就已決定了該個(gè)體的產(chǎn)肉能力，目前的研究結(jié)果認(rèn)為MyoG基因在肌細(xì)胞的生成以及肌纖維合成的過程中起著中心調(diào)控作用。因此，了解它的結(jié)構(gòu)、多態(tài)性、作用機(jī)理以及具體功能對加快優(yōu)良家畜的分子育種進(jìn)程以及提高家畜的生產(chǎn)力具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。目前，MyoG基因的研究多停留在結(jié)構(gòu)、多態(tài)性等方面，還處在基礎(chǔ)研究層面，未來的研究可以對其進(jìn)行功能驗(yàn)證，找到互作基因或者調(diào)節(jié)因子，徹底的了解其對肌纖維性狀的調(diào)控機(jī)制，進(jìn)而認(rèn)清其如何影響產(chǎn)肉性能，為有效地提高家畜肉質(zhì)提供理論依據(jù)。

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