牛肌肉生長(zhǎng)抑制素基因突變的遺傳效應(yīng)與育種應(yīng)用

魏著英, 白春玲, 李光鵬

內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 省部共建草原家畜生殖調(diào)控與繁育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 呼和浩特 010071

肌肉生長(zhǎng)抑制素(myostatin，MSTN)屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor β，TGFβ)超家族成員。MSTN主要在骨骼肌中表達(dá)，并分泌到細(xì)胞外間隙，通過(guò)血液循環(huán)運(yùn)輸?shù)礁鹘M織器官?gòu)亩鹫{(diào)節(jié)作用。MSTN不僅與骨骼肌的生長(zhǎng)發(fā)育直接相關(guān)，而且參與糖代謝、脂代謝和蛋白質(zhì)代謝等生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)[1, 2]。MSTN基因在不同物種中具有極強(qiáng)的進(jìn)化保守性，說(shuō)明該基因在動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育與軀體模式形成中具有重要作用。同時(shí)，MSTN基因在同一物種中還具有較多的突變多態(tài)性。如果該基因發(fā)生突變，那么動(dòng)物的表型將發(fā)生顯著變化，出現(xiàn)肌肉過(guò)度發(fā)育或肌肉發(fā)達(dá)現(xiàn)象。本文將對(duì)牛的MSTN基因突變類型、突變后遺傳效應(yīng)及肉牛育種應(yīng)用等作重點(diǎn)闡述，以期為牛MSTN基因的相關(guān)研究提供參考，為我國(guó)地方品種牛的改良和選育提供理論支持。

1 MSTN基因的保守性

對(duì)于MSTN基因的認(rèn)識(shí)，是從發(fā)現(xiàn)了牛的雙肌表型(double muscling)開(kāi)始的。1807年，英國(guó)人Cuelly首次記錄了牛的雙肌表型；1888年，Kaiser對(duì)這種牛的表型做了較為清楚的記錄；1929年，Wriedt認(rèn)為這種表型是由單因子(單基因)控制的；1934年，Kronacher等提出該表型由三因子(tri-factorial)調(diào)控；1971年，Quesada與Cachafeiro又提出牛的雙肌性狀由雙因子調(diào)控[3,4]；直到1997年，才鑒定出MSTN基因與雙肌臀表型相關(guān)[5]，該基因定位于?；蚪M的2號(hào)染色體[6]。利用人工突變技術(shù)使小鼠的MSTN基因發(fā)生突變，突變小鼠也表現(xiàn)出肌肉發(fā)達(dá)的雙肌表型[5,7]，由此將MSTN基因稱為抑制肌肉發(fā)育基因(抑肌基因)。

研究發(fā)現(xiàn)，MSTN基因?qū)τ诰S持動(dòng)物軀體性狀和肌肉結(jié)構(gòu)發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用[8]。MSTN基因在牛、羊、兔、狗、人、魚(yú)、豬、雞、狒狒、斑馬魚(yú)等不同物種間高度保守，其C端序列的同源性>90%[5]。小鼠、大鼠、人、豬、雞與火雞的同源性為100%；狒狒、牛、綿羊僅有1～3 bp的差別；斑馬魚(yú)與上述物種的同源性為88%[5]。除在牛中發(fā)現(xiàn)MSTN基因突變引起肌肉肥大外，在小鼠[9]、羊[10]、狗[11]和人[12]中也發(fā)現(xiàn)了自然突變的個(gè)例。

2 牛MSTN基因結(jié)構(gòu)與有義突變類型

2.1 牛MSTN基因結(jié)構(gòu)

牛MSTN基因位于2號(hào)染色體的2q11，包含3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子。外顯子1和外顯子2的長(zhǎng)度分別為506 bp和374 bp，外顯子3的長(zhǎng)度隨著poly(A)長(zhǎng)度的不同而有所不同(1 701 bp、1 812 bp或1 887 bp)；內(nèi)含子分別是1 840 bp和2 033 bp(圖1)。

圖1 牛MSTN基因的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The diagram of the bovine MSTN gene.

牛MSTN基因序列僅有一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，在轉(zhuǎn)錄起始密碼子ATG上游133 bp處，其cDNA只有一個(gè)閱讀框(ORF)，翻譯376個(gè)氨基酸。MSTN蛋白具有TGF-β超家族的典型特征，是一種分泌型多肽，其前體蛋白N端為疏水的信號(hào)肽；C端是包含9個(gè)保守的半胱氨酸的成熟肽，中間區(qū)段為前肽。在前肽和成熟肽之間有一個(gè)RSRR蛋白酶解位點(diǎn)，酶切釋放出26 kDa的成熟肽，成熟肽與特異性受體結(jié)合從而發(fā)揮生物學(xué)功能[13]。

2.2 牛MSTN有義突變類型

到目前為止，不同品種牛的MSTN基因中發(fā)現(xiàn)了至少6個(gè)功能性突變位點(diǎn)，包括比利時(shí)藍(lán)牛(Belgian blue cattle)、皮爾蒙特牛(Peidmontese)、夏洛萊牛(Charolais)、阿奎坦牛(Blonde d’Aquitaine)、利木贊牛(Limousin)和德國(guó)黃牛(German gelbvieh)。比利時(shí)藍(lán)牛由英國(guó)短角牛(English shorthorns)與荷蘭牛(Dutch friesians)雜交，并與比利時(shí)本地牛雜交選育而成。比利時(shí)藍(lán)牛的MSTN基因在nt821～831的位置發(fā)生了11個(gè)堿基的缺失，導(dǎo)致275位、276位和277位的3個(gè)氨基酸的丟失，閱讀框從274位開(kāi)始移位，使終止子提前到287位點(diǎn)[13]。皮爾蒙特牛的MSTN基因的第三外顯子區(qū)的nt938 bp發(fā)生了G→A突變，致使氨基酸序列中313位的半胱氨酸突變?yōu)槔野彼?C313Y)，該突變發(fā)生于TGF-β超家族極度保守的9個(gè)半胱氨酸的第5個(gè)半胱氨酸。對(duì)發(fā)生于美國(guó)多家牛場(chǎng)的皮爾蒙特雙肌牛檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，發(fā)生突變的牛均為nt938 bp的G→A突變，并且均為純合子突變[13](圖2)。夏洛萊牛的MSTN第二外顯子的nt238 bp由C突變?yōu)門，導(dǎo)致氨基酸序列第204位Q(谷氨酰胺)突變?yōu)閄(終止密碼子)，產(chǎn)生終止子[14]。利木贊牛MSTN的第一外顯子nt282 bp處發(fā)生了C→A的突變，導(dǎo)致氨基酸序列第94位由F(苯丙氨酸)突變?yōu)長(zhǎng)(亮氨酸)[15]。阿奎坦牛的MSTN基因第二內(nèi)含子的nt1234 bp處發(fā)生了T→G的突變，導(dǎo)致第三外顯子前多出了41 bp，氨基酸序列移碼突變并終止，缺失第三外顯子編碼的氨基酸[16]。德國(guó)黃牛在MSTN第一外顯子的nt191 bp由T突變?yōu)镃，導(dǎo)致氨基酸序列第64位由L(亮氨酸)突變?yōu)镻(脯氨酸)，使蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[17]。

這些發(fā)生于不同品種牛的MSTN基因突變，均改變了分泌蛋白的結(jié)構(gòu)，使MSTN蛋白失去活性，解除了MSTN基因?qū)∪獍l(fā)育的抑制作用，由此導(dǎo)致肌肉發(fā)達(dá)的雙肌表型。

分析牛MSTN基因核苷酸多態(tài)性可以發(fā)現(xiàn)，該基因除上述具有功能的突變外，還發(fā)現(xiàn)了多個(gè)無(wú)義突變。如圖3所示，在第一和第二外顯子、第一和第二內(nèi)含子中均存在無(wú)義突變，說(shuō)明MSTN基因是一個(gè)易發(fā)突變的基因。也說(shuō)明該基因雖然在物種之間存在較強(qiáng)的保守性，但在具體物種(如牛)不同個(gè)體中發(fā)生突變的可能性極高。比較特別的是第三外顯子中沒(méi)有無(wú)義突變的報(bào)道，說(shuō)明第三外顯子的保守性較強(qiáng)，突變后對(duì)機(jī)體的影響更明顯。如果發(fā)生了有義突變，則改變了肌肉發(fā)育表型；如果發(fā)生了無(wú)義突變，對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育沒(méi)有影響。

圖2 牛MSTN基因的有義突變位點(diǎn)示意圖Fig.2 The diagram of the sense mutation in bovine MSTN gene.

圖3 牛MSTN基因的無(wú)義突變位點(diǎn)示意圖[18]Fig.3 The diagram of the nonsense mutation in bovine MSTN gene[18].

3 中國(guó)地方品種牛MSTN基因突變情況分析

近些年來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)中國(guó)地方品種牛的MSTN基因突變情況做了一些研究。由于長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)地方品種牛主要用于役用而非肉用，歷史上沒(méi)有形成典型的肉用牛品種。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)地方品種肉牛培育和改良的支持，逐漸引進(jìn)了國(guó)外肉牛的突變型MSTN基因，形成了具有地方特色的優(yōu)秀肉牛品系。

3.1 秦川牛、南陽(yáng)牛和渤海黑牛MSTN基因多態(tài)性

史明艷等[19,20]采用PCR-SSCP法對(duì)秦川牛與南陽(yáng)牛進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)南陽(yáng)牛中存在雙肌個(gè)體，隨后又對(duì)秦川牛和南陽(yáng)牛的MSTN基因第三外顯子進(jìn)行了多態(tài)性分析，在45頭南陽(yáng)牛中發(fā)現(xiàn)1頭牛的nt938 bp處發(fā)生G→A單核苷酸突變，但在秦川牛中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)突變現(xiàn)象。在這1例發(fā)生突變的南陽(yáng)牛中，其突變位點(diǎn)與皮爾蒙特牛的自然突變位點(diǎn)一致，推測(cè)該例南陽(yáng)?？赡芎衅柮商嘏５难y(tǒng)。在對(duì)渤海黑牛的研究中，2009年，劉桂芬等[21]發(fā)現(xiàn)MSTN基因第一外顯子的nt111 bp處存在一個(gè)突變，在第二和第三外顯子中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)突變。然而，該結(jié)果與劉桂芬等在2011年的報(bào)道相矛盾，在578頭渤海黑牛的MSTN基因第一和第二外顯子中均未發(fā)現(xiàn)多態(tài)位點(diǎn)；在第三外顯子中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，即nt330 bp處存在1個(gè)G→A轉(zhuǎn)換、nt336 bp處存在1個(gè)C→T轉(zhuǎn)換[22]。在所研究的渤海黑牛群體中，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的雙肌性狀個(gè)體，而且MSTN基因的突變個(gè)體在體尺性狀上并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。因而，在秦川牛和渤海黑牛中是否存在MSTN有義突變，尚需進(jìn)一步證實(shí)。

3.2 草原紅牛和皖東/南牛MSTN基因多態(tài)性

郭丹等[23]對(duì)草原紅牛和利草雜交牛(利木贊與草原紅牛雜交)MSTN基因進(jìn)行單核苷酸多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)草原紅牛在第一外顯子的nt282 bp處發(fā)生了C→A的堿基突變，該突變導(dǎo)致編碼的氨基酸由苯丙氨酸變?yōu)榱涟彼?。由于該突變位點(diǎn)與利木贊牛MSTN基因第一外顯子的突變位點(diǎn)一致[18]，推測(cè)發(fā)生在草原紅牛的該位點(diǎn)突變應(yīng)來(lái)自利木贊牛。擁有該突變的利草雜交牛的日增重、屠宰率、凈肉率和肉骨比等均顯著高于普通草原紅牛[23]。另外，張勝等[24]對(duì)40頭草原紅牛的MSTN基因第一內(nèi)含子進(jìn)行多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)在nt1452 bp處存在C→T突變，該位點(diǎn)突變對(duì)草原紅牛的凈肉率有顯著影響(P<0.05)。

劉洪瑜等[25]分析了皖東牛、皖南牛、和牛和西門塔爾牛4個(gè)群體的MSTN基因的第一外顯子多態(tài)性，發(fā)現(xiàn)MSTN基因第一外顯子1的nt267 bp發(fā)生A→G的同義突變，在所檢測(cè)牛群中存在3種基因型(AA、GG、AG)，A等位基因?yàn)閮?yōu)勢(shì)基因。該位點(diǎn)在4個(gè)牛群體中均處于中度多態(tài)。

3.3 云嶺牛和遼育白牛MSTN基因多態(tài)性

云嶺牛是我國(guó)第一個(gè)三元雜交培育的肉用品種，和占星等[26]對(duì)該牛MSTN基因第二外顯子進(jìn)行多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)在nt39 bp、nt46 bp、nt84 bp與nt266 bp等位點(diǎn)存在多態(tài)性，前3個(gè)位點(diǎn)均為同義突變，第266位點(diǎn)為錯(cuò)義突變。王嬌嬌等[27]在遼育白牛MSTN基因5′調(diào)控區(qū)發(fā)現(xiàn)了4個(gè)突變位點(diǎn)，分別是nt805 bp位點(diǎn)的G→C突變、nt163 bp處的T缺失突變、nt156 bp位點(diǎn)的A插入突變和nt130 bp位點(diǎn)的A插入突變；在編碼區(qū)nt571 bp處發(fā)生A→G突變，3′-UTR nt5387 bp處發(fā)生C→T突變。遼育白牛是由夏洛萊牛與本地黃牛雜交選育而成，其中夏洛萊牛遺傳成分占比高達(dá)93.75%[28]，推測(cè)遼育白牛的MSTN突變及其突變類型來(lái)自夏洛萊牛。利用雙肌皮爾蒙特牛與荷斯坦奶牛雜交，在皮荷雜種牛中發(fā)現(xiàn)了來(lái)自皮爾蒙特牛的MSTN突變位點(diǎn)，所有雜交牛均為雜合突變[29]。

3.4 牦牛MSTN基因多態(tài)性

在牦牛中也存在MSTN基因的自然突變。梁春年等[30]對(duì)牦牛MSTN基因第二內(nèi)含子分析發(fā)現(xiàn)，在其擴(kuò)增片段的nt192 bp處存在A→G突變。此變異對(duì)成年牦牛胸圍、體質(zhì)量、胸圍指數(shù)、體長(zhǎng)指數(shù)和肉用指數(shù)等均有顯著影響(P<0.05)。劉應(yīng)祥等[31]對(duì)牦牛MSTN基因的遺傳變異做了分析，發(fā)現(xiàn)了4個(gè)多態(tài)位點(diǎn)，有2處位于第二外顯子，2處位于第一內(nèi)含子。張麗等[32]對(duì)天祝白牦牛和甘南牦牛MSTN基因序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)牦牛亞種間相差不大，僅在第二外顯子nt417 bp處存在C→T突變，屬同義突變。

以分別代表普通牛、瘤牛、牦牛和大額牛的蒙古牛、雷瓊牛、巴州牦牛與獨(dú)龍牛為對(duì)象，常春芳等[33]對(duì)這幾種牛的MSTN基因第二外顯子進(jìn)行了多態(tài)性分析。在4個(gè)牛品種66個(gè)樣本中，第二外顯子出現(xiàn)了3個(gè)SNPs位點(diǎn)，即nt414 bp(C→T)、nt639 bp(A→G)和nt704 bp(A→G)。其中，nt414 bp和nt639 bp位點(diǎn)屬于同義突變，nt704 bp位點(diǎn)變異為非同義突變，編碼氨基酸由組氨酸突變?yōu)榫彼?。在?duì)中國(guó)瘤牛、普通牛、牦牛和大額牛4個(gè)牛屬M(fèi)STN基因外顯子區(qū)核苷酸序列對(duì)比研究中，發(fā)現(xiàn)了7個(gè)SNPs位點(diǎn)，只有1個(gè)位點(diǎn)是有義突變，由(aa235)組氨酸突變?yōu)榫彼醄34]。由于組氨酸與精氨酸均屬堿性氨基酸，并且具有相似的功能基團(tuán)，對(duì)蛋白質(zhì)功能影響不大。

由上可知，雖然在某些品種牛中發(fā)現(xiàn)了MSTN有義突變，但由于無(wú)法證實(shí)所使用的牛群樣本沒(méi)有受到引進(jìn)品種如利木贊牛、夏洛萊牛、皮爾蒙特牛的雜交行為，因而推測(cè)，中國(guó)本土牛存在可形成雙肌表型的MSTN基因自然突變的可能性不大(圖4，彩圖見(jiàn)圖版一)。

圖4 中國(guó)黃牛MSTN基因突變位點(diǎn)示意圖Fig.4 The diagram of the mutation in Chinese cattle MSTN gene.注：紅色代表有義突變，藍(lán)色代表無(wú)義突變。(彩圖見(jiàn)圖版一)

4 牛MSTN基因突變引起的遺傳效應(yīng)

MSTN基因突變引起了肌肉發(fā)育的變化，肌纖維數(shù)量和體積增大，增加了肌肉中糖分解型肌纖維的比例，改變了肌肉的代謝活動(dòng)。但是MSTN基因的效應(yīng)不僅僅體現(xiàn)在肌肉方面，個(gè)體的體重、各器官重等均發(fā)生了顯著變化。

4.1 MSTN基因突變對(duì)骨骼肌發(fā)育的影響

牛MSTN基因突變引起的雙肌現(xiàn)象，使產(chǎn)肉量顯著提高。所謂“雙肌”，并不是出現(xiàn)了雙倍的肌肉，而主要是由于肌纖維數(shù)量的增多(hyperplasia)和一定程度的肌纖維增大(hypertrophy)所致，動(dòng)物在表觀上呈現(xiàn)肌肉發(fā)達(dá)、塊肌顯著。在MSTN突變個(gè)體中，肌纖維總數(shù)[35～37]和糖分解型快肌纖維(fast glycolytic fibers)的比例[37,38]顯著提高，這是由于解除了MSTN對(duì)成肌細(xì)胞增殖和分化的抑制作用所致。

MSTN突變的雙肌牛的總體肌肉量提高，而且軀體不同位置的肌肉情況有差別。軀體前半部分的變化范圍為8%～51%，后半部分為9%～34%[8]。而且伴有糖分解型快肌纖維增多、糖原含量減少，肌紅蛋白、脂肪、膠原蛋白、線粒體數(shù)量和毛細(xì)血管密度等均減少[39]。在肌纖維肥大的同時(shí)，骨骼質(zhì)量發(fā)生了變化。相對(duì)提高的肌肉重量意味著突變牛骨肉比低于非突變牛的骨肉比，骨重量變化了2.9%～9.6%。肌纖維肥大與相對(duì)的骨重量減輕，其結(jié)果是胴體質(zhì)量的提高，屠宰率和凈肉率提高[40]。

4.2 MSTN基因突變對(duì)出生重和成體內(nèi)臟器官的影響

突變比利時(shí)藍(lán)牛的初產(chǎn)牛的出生重與成牛體重的比率為9.0%，經(jīng)產(chǎn)牛的犢牛出生重占比為8.3%；荷斯坦奶牛初產(chǎn)牛和經(jīng)產(chǎn)牛的犢牛出生重與成牛體重的占比分別為7.5%和6.5%。因而，在大多數(shù)情況下，突變型比利時(shí)藍(lán)牛的生產(chǎn)需要剖腹。剖腹的副作用是延遲了繁殖周期，剖腹產(chǎn)牛的世代間隔為435 d，而自然產(chǎn)牛為393 d[41]。

某些雙肌型牛成體內(nèi)臟器官重量相對(duì)減輕。在一些雙肌型比利時(shí)藍(lán)牛中，以器官重占總體重的比率為指標(biāo)，消化系統(tǒng)減少了18%、肝臟減少了16%、心臟減少了14%、肺臟減少19%、脾臟減少37%、腎上腺減少了10%[8,42]。肺臟重量的減少，對(duì)突變動(dòng)物呼吸功能造成了負(fù)面影響[43]。在突變牛中易發(fā)生呼吸管道水腫，可能是類膽堿的支氣管收縮與β-腎上腺支氣管擴(kuò)張對(duì)自主神經(jīng)系統(tǒng)的綜合作用所致，這可能就是突變牛易感呼吸系統(tǒng)疾病的原因[43]。與荷斯坦牛相比，Clinquart等[44]發(fā)現(xiàn)突變比利時(shí)藍(lán)牛的干物質(zhì)消化能力顯著下降(-4.6%,P<0.01)，消化能力也顯著下降(-2.7%)；但也有報(bào)道認(rèn)為突變藍(lán)牛的干物質(zhì)消化能力要高于(1.1%)非突變的比利時(shí)藍(lán)牛[45]。

綜上所述，MSTN基因突變?cè)诖龠M(jìn)肌肉生長(zhǎng)的同時(shí)，也引起了內(nèi)臟器官減輕和免疫器官減小，突變牛的呼吸與免疫等方面的發(fā)病率升高。這些異常表現(xiàn)主要集中在純合突變的比利時(shí)藍(lán)牛群體中，在其他品種MSTN突變牛群體中的表現(xiàn)并不顯著。

5 MSTN基因突變牛的雜交應(yīng)用

MSTN基因純合突變牛(比利時(shí)藍(lán)牛)存在耐力較差、呼吸與免疫疾病發(fā)病率高與難產(chǎn)率高等問(wèn)題，但作為父本與其他品種牛雜交生產(chǎn)F1代商品牛則具有極顯著的經(jīng)濟(jì)意義，產(chǎn)肉性能顯著提高，肉品質(zhì)也得到改善。

5.1 雜交牛的產(chǎn)肉性能顯著提高

與非突變牛相比，MSTN突變牛的生長(zhǎng)速度與肌肉產(chǎn)量顯著提高，牛肉的脂肪含量顯著下降，瘦肉率顯著高于普通牛。以同樣600 kg重的雙肌比利時(shí)藍(lán)牛與普通牛相比，屠宰率分別為70%和64%，冷胴體重量分別為420 kg和384 kg，屠宰率和凈肉率顯著提高[46]。Casas等[47,48]對(duì)536頭比利時(shí)藍(lán)牛雜合后代牛進(jìn)行生產(chǎn)性能分析，屠宰重顯著高于普通牛(P<0.05)、后腿與后臀重顯著高于普通牛(P<0.001)；里脊肉顯著增重(P<0.001)、眼肌面積顯著增大(P<0.05)。這些結(jié)果說(shuō)明，比利時(shí)藍(lán)牛的雜合子后代的產(chǎn)肉量與肉質(zhì)品質(zhì)顯著好于普通肉牛。Short等[49]對(duì)皮爾蒙特、利木贊和海福特3種公牛的F2代的生長(zhǎng)、育肥和屠宰進(jìn)行研究表明，雙肌型皮爾蒙特牛的后代的初生重顯著高于海福特牛后代，產(chǎn)肉性能顯著提高，脂肪含量明顯降低；利木贊牛的后代出生體重小于皮爾蒙特牛后代，高于海福特牛后代，斷奶重高，生長(zhǎng)快速，肌肉多、脂肪少，骨盆大，飼料轉(zhuǎn)化率高。Sellick等[50]發(fā)現(xiàn)擁有F94L突變位點(diǎn)的利木贊牛及其雜交后代的肌肉生長(zhǎng)能力顯著增強(qiáng)，與對(duì)照相比，腿肌增加了5.5%，眼肌面積增加了2.3%。

5.2 雜交牛的肉品質(zhì)顯著提高

基因型與等位基因數(shù)目對(duì)于肌肉等級(jí)、脂肪厚度、生產(chǎn)難易度有顯著影響。無(wú)論是比利時(shí)藍(lán)牛突變型，還是皮爾蒙特牛突變型，雜合后代牛的表型都是瘦肉率高，胴體重高。因而，在生產(chǎn)型配種時(shí)，可以最大限度的獲得雜合型牛，以提高胴體產(chǎn)出。Wheeler等[51]對(duì)皮爾蒙特雙肌牛后代的背最長(zhǎng)肌(longissimus thoracis，LD)、臀中肌(gluteus medius，GM)、半膜肌(semimembranosus，SM)和股二頭肌(biceps femoris，BF)4種肌肉組織的嫩度進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，在4種肌組織中，雜合突變與純合突變型牛肉的嫩度、易碎性和結(jié)締組織量顯著高于野生型。純合突變型的所有肌肉類型的多汁性要低于雜合型和野生型；純合型幾種肌肉的風(fēng)味要低于雜合與野生型。野生型、雜合型和純合型不同部位肉的嫩度排序分別為L(zhǎng)D>GM>SM>BF、LD>GM>SM>BF、LD>GM>BF>SM。Wiener等[52]研究了雙肌比利時(shí)藍(lán)公牛與南德溫牛(south devon)雜交后代的生長(zhǎng)、體況和產(chǎn)肉性能。雜合突變牛的產(chǎn)肉率顯著提高，減少了脂肪厚度，也提高了肌肉等級(jí)。

Allais等[53]研究了法國(guó)的2種MSTN基因中具有Q204X和nt821突變的夏洛萊牛、利木贊牛和阿奎坦牛，發(fā)現(xiàn)帶有Q204X突變的公牛胴體的脂肪含量、肌間脂肪含量和膠原成分比普通牛顯著減少；而嫩度比普通牛提高，他們還利用芯片技術(shù)分別分析了3種公牛及其后代公牛的肌內(nèi)脂肪含量、肉質(zhì)光度、剪切力和嫩度等肉質(zhì)性狀，顯示剪切力和嫩度指數(shù)高度遺傳相關(guān)，夏洛萊牛和利木贊牛是-0.91，阿奎坦牛是-0.86，3個(gè)品種之間并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Ramayo-Caldas等[54]利用系統(tǒng)生物學(xué)方法分析夏洛萊牛、利木贊牛和阿奎坦牛的嫩度及其他肉質(zhì)性狀相關(guān)基因的互作關(guān)系，共檢測(cè)到206個(gè)與剪切力相關(guān)的共同基因，這些基因中的SNPs可以解釋28%～30%之間的不同品種剪切力的表型差異。

6 展望

我國(guó)牛種資源豐富，地方品種約有53個(gè)，是世界上牛品種最多的國(guó)家。歷史上，我國(guó)的黃牛品種如魯西牛、秦川牛、南陽(yáng)牛、延邊牛、晉南牛等均經(jīng)過(guò)服從耕田拉車的役用選擇，以速度和耐力為選育標(biāo)準(zhǔn)，所形成的黃?；緸榍膀?qū)壯碩，臀部流線型，軀干與四肢肌肉結(jié)實(shí)但欠發(fā)達(dá)。與安格斯、西門塔爾、海福特、利木贊、夏洛萊等國(guó)外優(yōu)良肉牛品種相比，國(guó)內(nèi)黃牛品種的產(chǎn)肉性能與生產(chǎn)性能劣勢(shì)顯著，養(yǎng)殖效益遠(yuǎn)不如國(guó)外品種。

前已述及，在我國(guó)黃牛個(gè)別品種中也檢測(cè)到了MSTN基因突變的現(xiàn)象，但現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)仍無(wú)法確證這些突變會(huì)產(chǎn)生肌肉發(fā)達(dá)的雙肌表型。為了快速提高本土牛的生長(zhǎng)與產(chǎn)肉性能，國(guó)內(nèi)的科研人員也進(jìn)行了一些嘗試。Luo等[55]利用鋅指核酸酶技術(shù)對(duì)魯西牛的MSTN基因進(jìn)行編輯，篩選出基因缺失突變的成纖維細(xì)胞，再制備轉(zhuǎn)基因克隆胚胎，經(jīng)過(guò)胚胎移植后，獲得了MSTN基因編輯牛。所獲得的基因編輯牛呈現(xiàn)與自然雙肌牛類似的肌肉表型。本實(shí)驗(yàn)室以魯西黃牛和蒙古牛為對(duì)象，利用CRISPR/Cas9對(duì)其MSTN基因進(jìn)行定點(diǎn)編輯，初步培育出表型良好的MSTN編輯基因牛。利用基因編輯公牛的精液與魯西牛、安格斯牛、蒙古牛和西門塔爾牛進(jìn)行雜交，所生產(chǎn)的F1代牛均表現(xiàn)出肌肉發(fā)達(dá)的表型(未發(fā)表數(shù)據(jù))。另外，我國(guó)學(xué)者對(duì)豬的MSTN基因進(jìn)行編輯，獲得了表型突出的基因編輯豬，其產(chǎn)肉量和瘦肉率顯著高于對(duì)照組豬[56～58]。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，利用MSTN基因，可以改變牛和豬的體型體況，提高其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)肉量，可以培育出肉用家畜育種新材料或新品種[59]。

隨著對(duì)MSTN基因突變引起一系列生理效應(yīng)機(jī)制的研究，研究者們進(jìn)一步了解了MSTN基因突變與表型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以設(shè)想通過(guò)位點(diǎn)選擇、調(diào)控因子介入與條件性編輯等技術(shù)，對(duì)我國(guó)本土牛的MSTN基因?qū)嵤┚庉嫺脑?，從而使MSTN基因突變效應(yīng)發(fā)揮到適當(dāng)水平，使所培育的基因編輯牛的生長(zhǎng)速度與產(chǎn)肉率適中，同時(shí)不會(huì)引起器官變化、免疫變化以及難產(chǎn)率升高等問(wèn)題。

參 考 文 獻(xiàn)

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