MSTN基因研究進展及其在家兔育種應用前景

陳冬金 桑雷 孫世坤 陳巖鋒 王錦祥 謝喜平 張丹青

(福建省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所 350013)

福建地方家兔據1985年出版的 《福建省家畜家禽品種志和圖譜》調查，有黃色毛、黑色毛、白色毛和灰毛兔4個種群[1]。福建黃兔和閩西南黑兔已列入國家畜禽遺傳資源目錄[2,3]。福建白兔系福建兔的白毛系，于2014年通過國家畜禽資源專家委員會認定，屬小型肉用地方兔資源，全身被毛白色，頭部清秀，兩耳直立，繁殖性能良好、耐粗飼、抗病力強、肉質優(yōu)異等優(yōu)點，市場價位高，是一個獨具特色，頗有開發(fā)前景的地方種質資源。但福建白兔存在一個顯著的缺點：生長速度慢，胴體瘦肉率低，體重輕，影響?zhàn)B殖效益，制約其產業(yè)化發(fā)展。

MSTN是一種負向調節(jié)骨骼肌的分泌型蛋白，屬于TGF-β超家族的成員之一。動物胚胎發(fā)育過程中，在骨骼肌發(fā)育和生肌節(jié)處通過細胞表達MSTN，其決定肌肉纖維的最終數量。MSTN基因的突變會導致動物肌肉的異常發(fā)達，表現為 “雙肌”表型，這在牛[4]、人[5]及鼠[6]上都得到實驗證明。

1 MSTN基因

1.1 MSTN基因的結構特征

MSTN基因編碼的MSTN蛋白序列包含TGF-β超家族的所有標志性特點，該蛋白包括一個分泌信號序列、蛋白水解處理位點、含有9個半胱氨酸殘基的保守型羧基末端區(qū)[6]。在動物體內，MSTN以潛在復合體的形式進行分泌，其分泌形式與其他TGF-β家族成員比較相似，但與BMP/GDF超家族成員的分泌方式有所不同[7-9]，MSTN活化需要對前體蛋白進行兩次蛋白質水解切割。第一步切割通過成對堿性氨基酸蛋白酶家族酶類切除24個氨基酸的信號肽[10]；第二步切割是發(fā)生在RSRR(Arg-Ser-Arg-Arg)位點的第240-243氨基酸處，通過BMP1/Tolloid金屬蛋白酶從第一個氨基酸開始到信號序列的切割，剩下37640Da的N-末端區(qū)域和12400Da的C-末端區(qū)域，即成熟肽[11]。

1.2 MSTN基因的生物學功能

比利時藍牛和皮埃蒙特牛的雙肌現象就是MSTN突變而造成的[12]，這是MSTN作用的經典示例。利用基因敲除技術產生的MSTN突變純合體小鼠可以存活并繁殖后代，且小鼠體重比雜合體或者野生型小鼠重約30%（與性別、年齡均不相關），小鼠肌肉明顯肥大，單塊肌肉重量是野生小鼠的2～3倍，但脂肪重量沒有太大變化，骨骼肌纖維數目比野生型小鼠多，肌肉肥大的原因在于肌細胞增生和肌纖維的肥大。Mark等[13]將C2C12細胞與MSTN共培養(yǎng)，細胞分裂隨著MSTN的增加而降低。Rios等進一步證實MSTN的表達，MSTN會下調MyoD成肌素的mRNA水平以及肌酸激酶的活性，抑制生肌過程[14]。從以上結論可以得出，MSTN基因是肌肉生長的負調節(jié)因子，如果MSTN缺失或突變會導致肌肉過度生長，即雙肌現象。

此外，Alexandra等還證明了MSTN的另一作用，即MSTN缺失對脂肪沉積起抑制作用[15]。Lin等發(fā)現，MSTN缺失后異常的糖代謝受到部分抑制[16]。Reardon等實驗證明，MSTN是次級肌纖維的肌萎縮因子[17]。Krik等實驗證明，MSTN對肌肉再生起負調控作用[18]。MSTN基因在感染HIV而導致肌肉萎縮的病人中的表達高于正常人[19]，這提示我們某些肌萎縮性疾病可能與MSTN基因的表達量過高有關。

1.3 MSTN基因的應用前景

MSTN作為肌肉生長發(fā)育的負調控因子，受到遺傳學家、育種學家及醫(yī)學家的重視，因為MSTN活性的抑制可以促進肌肉生長發(fā)育，促進成肌細胞的增殖與分化，使肌肉量顯著增加，所以隨著對MSTN作用機制及其調控機制的深入了解，MSTN基因在農業(yè)、畜牧業(yè)及醫(yī)藥領域將具有廣闊的應用前景。

2 MSTN基因在家兔育種上的應用前景

家兔是節(jié)糧型草食動物，對我國畜牧業(yè)產業(yè)結構的調整起著重要作用，在家兔生產中，隨著標記輔助選育的應用，對家兔品種的培育產生了積極影響。家兔品種優(yōu)劣直接影響?zhàn)B殖效率和效益，良種問題已成為家兔產業(yè)持續(xù)健康快速發(fā)展的重要因素。

同時，由于兔是研究人類疾病的動物模型，因此，采用基因打靶的方法生產MSTN基因缺失兔，不但有助于在畜牧業(yè)生產上改良育種，提高胴體瘦肉率，也可以作為實驗動物模型進行肌肉萎縮等相關疾病的研究。