公豬對母豬產仔數(shù)影響遺傳標記研究進展與啟示

曾檢華，代盛超，2，李 闖

（1.廣東壹號食品股份有限公司，廣東 廣州 510620；2.廣州艾佩克養(yǎng)殖技術咨詢有限公司，廣州 511400）

遺傳育種

公豬對母豬產仔數(shù)影響遺傳標記研究進展與啟示

曾檢華1，代盛超1，2，李 闖1

（1.廣東壹號食品股份有限公司，廣東 廣州 510620；2.廣州艾佩克養(yǎng)殖技術咨詢有限公司，廣州 511400）

產仔數(shù)性狀是繁殖性狀中最重要的性狀，但公豬本身并不表現(xiàn)。文章通過近年來公豬精漿蛋白、精子蛋白與基因拷貝數(shù)變異等方面對母豬產仔數(shù)影響遺傳標記研究進展進行分析，探討公豬效應對母豬產仔數(shù)影響的分子遺傳機制及調控機理，為公豬的遺傳標記篩選提供參考。

公豬；遺傳標記；產仔數(shù)；繁殖性狀；繁殖力

豬繁殖力性狀具有重要的經濟價值，而產仔數(shù)性狀又是繁殖性狀中最重要的性狀，但其遺傳力低且公豬本身并不表現(xiàn)[1-2]。公豬繁殖力包括生殖器官生理功能、性欲、交配能力、配種負荷能力、利用年限及與配母豬的受胎率等。

公豬對母豬產仔數(shù)的影響主要體現(xiàn)在公豬精液質量上，精液質量的好壞直接影響與配母豬的受胎率和產仔數(shù)。長期以來，常規(guī)公豬精液質量檢測主要以公豬精子活力、密度、畸形率等做為評價標準，加上檢測方便，因此廣泛應用于商業(yè)化公豬精液檢測[3]。由于并未進行精子功能分析，公豬常規(guī)精液質量分析無法準確判斷公豬繁殖力，其實際價值仍值得商榷[3-4]。本文對近年來公豬精漿蛋白、精子蛋白與基因拷貝數(shù)變異對母豬產仔數(shù)研究進行綜述，探討公豬效應對母豬產仔數(shù)影響的分子遺傳機制，為公豬的遺傳標記篩選提供參考，從而最大限度地挖掘公豬潛在繁殖力，有效提高育種效率。

1 公豬精漿對母豬產仔數(shù)影響的研究

公豬精液由精子和精漿組成，精漿由睪丸、附睪和附性腺（精囊腺、前列腺和尿道球腺）分泌產生的混合物，富含多種有機和無機物質[5]，為精子提供能量和營養(yǎng)物質，同時影響精子功能[6]。精漿蛋白質具有穩(wěn)定精子膜，調節(jié)精子活力和獲能，促進精卵結合和胚胎發(fā)育等作用[7]。公豬各階段射出的精液組成也不相同，第1部分為含精子少的水樣液體，主要來自尿道球腺；中段部分為濃精部分（SPF），富含精子（80%以上），懸浮液主要由附睪液和前列腺液及少量的精囊液組成；第3部分（post-SPF）精子密度遞減，主要來自精囊液和前列腺液[8]。

Perez等（2016）[7]運用蛋白組學技術，比較了公豬不同精漿部分（SPF前10 mL為P1部分，剩余的SPF為P2，第3部分即post-SPF為P3）蛋白質，共獲得409個蛋白，至少250個蛋白是首次報道。僅20個蛋白與其生殖過程直接相關，其余蛋白間接影響公豬精子功能與繁殖力。相對精漿P3部分，精漿P1、P2部分有16個蛋白上調表達，18個蛋白下調表達。該研究為公豬精子質量及繁殖力的遺傳標記篩選奠定了基礎。

Barranco等（2015）[8]研究表明，公豬精漿富含Th1、Th2、Th17和Th3型細胞因子，總共鑒定了包括干擾素γ（INF-γ）、γ干擾素誘導蛋白10（IP10）、白細胞介素（IL-6、IL-10、IL-7）等在內的14個細胞因子，但生長調節(jié)致癌基因（CXCL1）、IL-8和IL-15僅在精漿P3部分檢測到。各細胞因子濃度存在個體差異，在精漿SPF和P3部分間也存在差異，且在精漿P3部分濃度較高（P＜0.05）。該研究首次鑒定了精漿細胞因子表達譜，但其對精子的功能及產仔數(shù)的影響有待進一步探索。

Barranco等（2015）[9]研究表明，公豬精漿 P1部分對氧磷酶1（PON1）活性最高，P3部分活性最低；精漿PON1活性在公豬個體間差異極顯著，且同一公豬不同采集精液之間差異顯著；精漿PON1活性與精子快速前進運動的比率呈正相關，與精子細胞內產生的活性氧呈負相關；精漿PON1活性高，母豬分娩率也高，但對產仔數(shù)影響差異不顯著。

Barranco等（2015）[10]對精漿中總抗氧化能力（TAC）分析結果表明，TAC值在公豬個體間及同一個體不同次數(shù)采集精液間差異極顯著；精漿TAC值在不同部分間差異極顯著，且P1＞P2＞P3；精液稀釋后17℃儲存72 h，其TAC值與精子質量（活力與動力學）、細胞活性氧的產生、脂質過氧化作用不相關，但低TAC值精液的精子質量下降明顯；TAC值與產仔數(shù)和繁殖力指數(shù)（產仔總數(shù)/總配種母豬數(shù)）呈正相關，即TAC值高，則與配母豬分娩率和產仔數(shù)也高。該結果也表明，公豬精漿高TAC值精液有助于提高受精能力和隨后的胚胎發(fā)育。

2 公豬精子蛋白對產仔數(shù)影響的研究

Kwon等（2015）[11]為了研究公豬精子中潛在影響產仔數(shù)的遺傳標記，采用蛋白組學方法對長白豬高產仔公豬與低產仔公豬精子進行比較分析。該研究根據與配母豬平均產活仔數(shù)，將公豬分成高產仔數(shù)組（12.3±0.07）和低產仔數(shù)組（10.2±0.09），兩組產活仔數(shù)差異極顯著（P＜0.01）。然而，對兩組精液精子活力、動力學（曲線運動速度、直線運動速度、平均路徑速度、平均頭側擺幅度）、精子獲能狀態(tài)（頂體反應率AR值、未獲能精子百分率、獲能精子百分率）等檢測結果表明，兩組間各項指標并無顯著性差異。兩組精子蛋白組學研究及其表達量與產仔數(shù)的相關性分析表明，L-氨基酸氧化酶（LAAO）、線粒體蘋果酸脫氫酶2（NAD/MDH2）、胞漿5'核甘酸酶1B（NT5C1B）、溶菌酶樣蛋白4（LYZL4）、鈣調蛋白（CALM）等5種蛋白在高產仔數(shù)公豬精子中表達豐富且差異顯著；而赤道素（EQTN）、精子黏附蛋白AWN和AQN-3、磷酸丙糖異構酶（TPI）、Ras相關蛋白Rab-2A（RAB2A）、NADH脫氫酶鐵硫蛋白2（NDUFS2）等6種蛋白在低產仔公豬精子中顯著高表達。這些差異表達蛋白主要與精子能動性、精子獲能、頂體反應、精卵結合及受精有關。該研究結果也為公豬繁殖力遺傳標記的篩選提供了參考。

同時，Kwon等（2015）[3]另一項蛋白組學研究表明，在高產仔（10.99±0.01）與低產仔（6.23±0.38）杜洛克公豬精子中，存在20個差異表達蛋白，其中19個蛋白在低產仔公豬精子中上調表達，僅1個蛋白在高產仔公豬精子中高表達。這些蛋白包括磷?；嚓P蛋白、頂體反應相關蛋白、糖酵解/檸檬酸循環(huán)相關蛋白和抗氧化相關蛋白等。該研究為低產仔數(shù)公豬精子遺傳標記研究提供了基礎。

由于精子獲能后才能受精。因此，Kwon等（2015）[4]采用27頭長白公豬，與配2～5胎經產母豬983頭，平均產仔數(shù)（11.47±1.19），同時對精子活力、精子獲能狀態(tài)及其與產仔數(shù)的相關性進行分析。結果表明，精子活力、精子獲能前后動力學與產仔數(shù)并無顯著性相關，此外精子獲能前的獲能狀態(tài)也與產仔數(shù)無關。然而，精子獲能后的頂體反應率AR值＜17.5%的平均產仔數(shù)11.1，而AR值≥17.5%平均產仔數(shù)11.98，差異顯著，且AR值與產仔數(shù)呈正相關。據此，Kwon等（2015）[4]建議精子常規(guī)分析與精子獲能狀態(tài)分析相結合，可為公豬繁殖力提供更加準確的評估。

Kwon等（2014）[12]鑒定了長白公豬10個公豬精子獲能前后差異表達蛋白，包括RAB2A、磷脂氫過氧化物谷胱甘肽過氧化物酶（PHGPx）和線粒體丙酮酸脫氫酶E1亞基（PDHB）在精子獲能前表達上調，而這些蛋白與活性氧（ROS）和功能代謝、精子活力、精子活化、頂體反應和精卵結合等功能有關。其中至少有5個蛋白與相應信號通路有關，但仍有極少數(shù)蛋白功能未知。這些蛋白可做為精子獲能時的候選標記去評估或預測與公豬繁殖力相關的性狀。

此外，公豬精子芳香化酶CYP19A1（aromatase, CYP19A1）影響精子穿透率和卵裂率，從而影響公豬繁殖力[13]。

3 公豬基因拷貝數(shù)變異與母豬產仔數(shù)

Revay等（2015）[14]研究了公豬拷貝數(shù)變異（CNV）對母豬產仔數(shù)的影響。該研究首先通過遺傳評估，對超過38 000頭公豬進行產仔數(shù)直接公豬效應（DBE）計算，由于DBE值校正了環(huán)境效應及其與配母豬育種值，因而較直接計算公豬平均產仔數(shù)更加準確。對高產仔數(shù)公豬[DBE值（2.83±0.61）]和低產仔公豬[DBE值（-2.72±0.79）]進行比較，發(fā)現(xiàn)35個拷貝數(shù)變異區(qū)（CNVR），覆蓋了約1.3%的豬基因組序列，其中30個CNVR與137個繁殖性狀相關的數(shù)量性狀基因座（QTL）部分重疊，包括乳頭數(shù)量、初情期、血漿促卵泡素（FSH）濃度、妊娠期、睪丸重量等。高產仔公豬特異性CNVR 14個，低產仔公豬特異性CNVR 19個。在這35個CNVR中，包含50個基因，其中40個基因在低產仔公豬呈現(xiàn)特異性，7個基因在高產仔公豬中呈現(xiàn)特異性，另外3個基因在兩個群體中呈現(xiàn)相對的重復或缺失狀態(tài)。

功能分析結果表明，低產仔公豬CNVR主要富集在先天免疫系統(tǒng)和脂肪酸氧化途徑等通路中。其中，先天免疫系統(tǒng)包括Toll樣受體（TLR）和RIG-I樣受體介導的干擾素信號通路，這些蛋白位于生殖道內，可能與公豬生殖道感染及低繁殖力有關。脂肪酸氧化途徑與多種細胞功能相關，包括線粒體能量產生、氧化應激、細胞質和細胞膜功能等，這些生物學過程通過精子細胞發(fā)育和受精能力來影響公豬繁殖力。然而，高產仔公豬CNVR并未顯著富集在任何其他通路中。此外，miR-21、miR-142、miR-143、miR-145在低產仔數(shù)公豬中呈現(xiàn)特異性，但與所檢測的35個CNV無關。該研究為低產仔數(shù)公豬潛在CNV標記提供了基礎，也為公豬對母豬產仔數(shù)選育提供了新的方法和思路。

哺乳動物大部分基因存在2個拷貝數(shù)，這些基因主要通過重復和缺失的方式導致1～2個拷貝數(shù)變異[15]。然而，睪丸特異蛋白Y基因（TSPY）屬于罕見的多拷貝基因，且存在較高的個體差異，其拷貝數(shù)變異與繁殖力相關[16]。Quach等（2015）[17]研究表明，公豬TSPY基因在Y染色體短臂上平均有3個拷貝數(shù)；高產仔（DBE值平均3.03）與低產仔（DBE值平均-2.42）公豬TSPY基因拷貝數(shù)差異不顯著，平均拷貝數(shù)分別為2.65、2.70，但均低于正常產仔數(shù)公豬拷貝數(shù)（3.01）。該結果也表明，相對其他物種多拷貝數(shù)而言，公豬3個較低拷貝數(shù)的TSPY基因可維持基礎繁殖力。

4 小結

綜上所述，精漿蛋白質、精子蛋白質與生殖道蛋白涉及精子一系列的功能活動，在生殖過程中影響精子功能，包括精子超活化與獲能、頂體反應及精卵結合等，這些蛋白質不可或缺，與公豬繁殖力高低密切相關[18-19]，最終影響與配母豬產仔數(shù)。

近年來的研究盡管揭示了一些蛋白分子與公豬精子功能及產仔數(shù)的相關性，但由于公豬品種及研究群體的差異，導致試驗的重復性和實際的應用性存在一定差異，因此這些分子標記還不足以客觀地評價公豬的繁殖力[18]。例如，同一研究小組Kwon等對長白豬[11]和杜洛克[3]公豬高、低產仔數(shù)精子蛋白質分別進行蛋白組學研究，獲得了不同的差異表達蛋白。此外，不同長白豬公豬群體研究結果也存在差異，Kwon等（2015）[11]對高、低產仔數(shù)的公豬精子功能檢測表明兩者間無顯著差異；而Kwon等（2015）[4]結果表明，精子頂體反應率AR值與產仔數(shù)相關。這些結果的差異可能與品種及不同群體有關。除此之外，Kwon等[3-4，11]系列文獻對公豬的評估采用與配母豬平均產仔數(shù)，其結果的差異亦可能受環(huán)境效應與母豬繁殖力差異影響。

因此，深入挖掘與公豬繁殖力相關的信息，有助于進一步了解公豬對母豬產仔數(shù)影響的分子機制及調控機理，以尋找與之相關的分子遺傳標記，并建立簡便、客觀、高效的評估方法，促進遺傳標記在豬遺傳改良中的應用。同時，精子常規(guī)分析與精子功能分析相結合，可為公豬繁殖力提供更加準確的評估從而指導輔助育種工作，提高種公豬生產效率。

[1]彭中鎮(zhèn)，曹勝炎，劉志富.BLUP法在公豬產仔數(shù)遺傳評估上的應用[J].華中農業(yè)大學學報，1990（1）：30-36.

[2]侯振平，蔣思文.豬產仔數(shù)的遺傳改良研究進展[J].中國畜牧獸醫(yī)，2003（4）：26-28.

[3]Kwon W S,Oh S A,Kim Y J,et al.Proteomic approaches for profiling negative fertility markers in inferior boar spermatozoa[J]. Sci Rep,2015,5:13821.

[4]Kwon W S,Rahman M S,Lee J S,et al.Improving litter size by boar spermatozoa:application of combined H33258/CTC staining in field trial with artificial insemination[J].Andrology, 2015,3(3):552-557.

[5]Jonakova V,Manaskova P,Ticha M.Separation,characterization andidentificationofboarseminal plasmaproteins[J].J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci,2007,849(1-2):307-314.

[6]Rodriguez-Martinez H,Kvist U,Ernerudh J,et al.Seminal plasma proteins:what role do they play?[J].Am J Reprod Immunol,2011,66:11-22.

[7]Perez-Patino C,Barranco I,Parrilla I,et al.Characterization of the porcine seminal plasma proteome comparing ejaculate portions[J].J Proteomics,2016,142:15-23.

[8]Barranco I,Ruber M,Perez-Patino C,et al.The seminal plasma of the boar is rich in cytokines,with significant individualand intra-Ejaculate variation[J].Am J Reprod Immunol,2015,74(6):523-532.

[9]Barranco I,Tvarijonaviciute A,Perez-Patino C,et al.The activity of paraoxonase type 1(PON-1)in boar seminal plasma and its relationship with sperm quality,functionality,and in vivo fertility[J].Andrology,2015,3(2):315-320.

[10]Barranco I,Tvarijonaviciute A,Perez-Patino C,et al.High total antioxidant capacity of the porcine seminal plasma (SPTAC)relates to sperm survival and fertility[J].Sci Rep,2015, 5:18538.

[11]Kwon W S,Rahman M S,Lee J S,et al.Discovery of predictive biomarkers for litter size in boar spermatozoa[J].Mol Cell Proteomics,2015,14(5):1230-1240.

[12]Kwon W S,Rahman M S,Lee J S,et al.A comprehensive proteomic approach to identifying capacitation related proteins in boar spermatozoa[J].BMC Genomics,2014,15:897.

[13]Oh J N,Hwang J Y,Choi K H,et al.Treatment of aromatase (CYP19A1)inhibitor reduces fertility in porcine sperm[J]. Zygote,2016,24(1):98-106.

[14]Revay T,Quach A T,Maignel L,et al.Copy number variations in high and low fertility breeding boars[J].BMC Genomics, 2015,16:280.

[15]Redon R,Ishikawa S,Fitch K R,et al.Global variation in copy number in the human genome[J].Nature,2006,444(7118): 444-454.

[16]Krausz C,Giachini C,Forti G.TSPY and male fertility[J]. Genes(Basel),2010,1(2):308-316.

[17]Quach A T,Oluwole O,King W A,et al.The porcine TSPY gene is tricopy but not a copy number variant[J].PLoS One, 2015,10(7):e131745.

[18]陳志林，馮美瑩，陳預明，等.精子功能相關的蛋白質調控受精過程的研究進展[J].遺傳，2014（8）：747-755.

[19]李鴻巖，趙興緒，張勇，等.精子功能相關精漿蛋白質的蛋白組學研究進展[J].中國畜牧獸醫(yī)，2010（11）：110-114.

（編輯：郭玉翠）

S828

A

1002-1957(2016)06-0069-03

2016-09-12

廣東揚帆計劃引進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊專項（2014YT02H042）；廣東省科技計劃項目（2014B030302011）

曾檢華（1979-），男，江西會昌人，博士，研究方向為動物遺傳育種與繁育.E-mail：zjianhua2006＠163.com