蘭坪烏骨綿羊及其黑色素的研究進展

苑夢雅，王利平，熊和麗，李國治，劉相瑩，鄧衛(wèi)東★

（1.云南農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，云南 昆明 650201；2.新鄉(xiāng)學院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

烏骨綿羊?qū)儆诘胤秸湎∥锓N資源，其產(chǎn)區(qū)主要分布于蘭坪縣通甸鎮(zhèn)的龍?zhí)?、水俸、弩弓、金竹等地。但因蘭坪白族普米族自治縣是我國鉛鋅礦的主要產(chǎn)地，初步判斷其為生病或者中毒而棄食。之后云南農(nóng)業(yè)大學毛華明教授和鄧衛(wèi)東教授對其進行了研究，發(fā)現(xiàn)其具有明顯的“烏骨烏肉”性狀[1-2]。后來在紅外光譜（IR）定性分析和黑色素定量分析的基礎上，指出烏骨綿羊的“烏質(zhì)”是因為其體內(nèi)大量的真黑色素積累而形成的[3]。自2001年云南省科技廳立項進行專題研究，經(jīng)過近十年的研究，2009年蘭坪烏骨綿羊列入國家畜禽遺傳資源名錄[4]，并列入云南省2009～2015年生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（云發(fā)改規(guī)劃[2009]2368號）。蘭坪烏骨綿羊受到了各界人士的廣泛關(guān)注，這充分肯定了蘭坪烏骨綿羊潛在的開發(fā)利用價值和稀有品種特性。蘭坪烏骨綿羊作為世界稀有獨特的綿羊品種，其肉質(zhì)鮮美，所含黑色素還具有很高的保健、藥用價值，是云南省寶貴的畜禽遺傳資源，對其獨特的品種特性形成機理的研究不僅有利于品種的保護，也有利于品種的開發(fā)利用[5]。

1 蘭坪烏骨綿羊資源探索

1.1 烏骨綿羊的發(fā)現(xiàn) 云南省蘭坪縣的烏骨綿羊是世界上唯一的烏骨、烏肉的哺乳動物。作為烏骨綿羊的最初發(fā)源地，其地處云南省西北部的橫斷山脈縱谷地帶，蘭坪縣居住著普米族、彝族等[6]。2001年云南農(nóng)業(yè)大學的毛華明教授等在云南省蘭坪縣做調(diào)查時，意外發(fā)現(xiàn)了新型綿羊資源——烏骨綿羊，之后將其帶回學校試驗，發(fā)現(xiàn)該品種綿羊是由于其體內(nèi)基因突變而形成的新型綿羊遺傳資源，含有烏骨雞的“烏骨烏肉”特征，是世上稀有的羊品種資源[7]。在相同飼養(yǎng)管理條件下，烏骨綿羊與蘭坪普通綿羊相比，其體內(nèi)的酪氨酸酶活力、谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶活力、總抗氧化能力、抗超氧陰離子活力均較普通綿羊高[8]。酪氨酸酶是黑色素合成的關(guān)鍵酶，烏骨綿羊烏質(zhì)性狀是由顯著高的酪氨酸酶被催化，進而形成黑色素，其存在于不同的組織器官中，表現(xiàn)為“烏骨烏肉”特征[9]。

1.2 烏骨綿羊的生存環(huán)境云南烏骨綿羊主要生活在海拔2 600～3 500 m的玉屏山一帶，該區(qū)域內(nèi)叢林繁茂，環(huán)境適宜，牧場多以山地草甸類和山地灌木草叢類為主要飼料來源，而水質(zhì)來源則主要是天然泉水[10]。但因蘭坪白族普米族自治縣是我國鉛鋅礦的主要產(chǎn)地，有亞洲第一鉛鋅礦之稱。當?shù)卮迕褚詾闉豕菫跞庑誀钍倾U鋅中毒而棄食，后來經(jīng)過研究，初步排除其烏骨烏肉的特性是由于礦物質(zhì)中毒引起的可能[11]。進入冬季的烏骨綿羊飼料來源為當?shù)氐难帑溄斩?、苦蕎秸稈、土豆等。烏骨綿羊長期自由放牧，羊群野性十足，采食能力非常強。

1.3 烏骨綿羊生產(chǎn)性能及遺傳特性蘭坪烏骨綿羊血液中酪氨酸酶為當?shù)鼐d羊的2倍，超氧化物歧化酶、總抗氧化能力等指標均高于當?shù)鼐d羊[12]。年產(chǎn)毛量為1.2～1.5 kg，該品種綿羊性成熟較普通綿羊晚，平均初配年齡是1～1.5歲，一般每年4月份開始發(fā)情，發(fā)情旺期則是6月份，大部分母羊繁殖在秋季進行。綿羊的妊娠周期為145～150 d，雙羔率比較低，多數(shù)為單胎[13]。通過測定，新生羔羊的初生體重大約在2.5 kg。檢測宰殺后的烏骨綿羊發(fā)現(xiàn)瘦肉中，所含脂肪少，膽固醇較低，蛋白質(zhì)的含量達12.8%～18.6%，食用羊肉無膻味，肉感鮮美可口易消化。

云南農(nóng)業(yè)大學曾聯(lián)合蘭坪縣畜牧局在2003～2005年期間，對烏骨羊進行遺傳性能的測定：最初將烏骨羊與烏骨羊交配，子一代全部表現(xiàn)為烏骨羊，然后子一代之間采用橫交固定，子二代則表現(xiàn)為烏骨羊[14]。之后利用烏骨羊與本地羊雜交，子一代結(jié)果顯示為烏骨羊，子一代之間采取橫交，子二代結(jié)果顯示三分之一為非烏骨羊，其余則表現(xiàn)為烏骨，而子一代烏骨公羊與本地母羊回交時，后代則表現(xiàn)為烏骨和非烏骨各占一半。此試驗可以初步判斷烏骨羊體內(nèi)含有1對顯性因子，用來控制烏骨羊烏質(zhì)特性[15]。

2 動物體內(nèi)黑色素研究

2.1 黑色素的性質(zhì)及分類黑色素（Melanin）擁有復雜的結(jié)構(gòu)，是一類不易溶于水、非均質(zhì)的類多醇聚合體。可以吸收可見光和紫外光，避免體內(nèi)細胞受到強輻射的傷害，起到光的保護作用，這是黑色素本身的物理化學性質(zhì)的體現(xiàn)[16]。在脊椎動物組織結(jié)構(gòu)中色素的沉著是由黑色素來決定的，它不僅存在于人的皮膚、毛發(fā)和眼球等組織中，其他一系列的植物和昆蟲的表皮也有黑色素的存在。例如，馬鈴薯、紅薯和蘋果等表面受到創(chuàng)傷后，在空氣中氧化逐漸變?yōu)樽厣?，甚至為黑色，這是由于黑色素作用的緣故。最初對烏骨雞黑色素的探索，得出黑素分子內(nèi)有基本吲哚環(huán)結(jié)構(gòu)的存在[17-18]。在動物體內(nèi)的黑色素分為黑/棕色真黑色素和紅/黃色脫黑色素，由酪氨酸酶經(jīng)過氧化產(chǎn)生吲哚類單體組合而成的統(tǒng)稱為真黑色素，由半胱氨酸多巴單體氧化所產(chǎn)生的苯并噻嗪類物質(zhì)構(gòu)成的稱為脫黑色素。二者區(qū)別在于化學合成、相對分子量、顏色、顆粒結(jié)構(gòu)及可溶性[19]。不同差異詳見表1。

表1 不同種類黑色素性質(zhì)的比較Table 1 Comparison of different kinds of melanin

2.2 黑色素細胞的起源胚胎的軀干神經(jīng)嵴細胞是黑色素的最初發(fā)源地，而神經(jīng)嵴在神經(jīng)胚形成過程中，只是一種轉(zhuǎn)瞬即逝的結(jié)構(gòu)，在神經(jīng)管閉合的時候其細胞開始向周圍組織分散[20]。腹側(cè)途徑和背側(cè)途徑被認為是神經(jīng)嵴細胞的兩條重要分散路線，隨著背側(cè)途徑分散遷移的神經(jīng)嵴細胞逐漸衍生成黑色素細胞（melanoblast）[21]。之后會儲存于真皮中，遷移至全身各部位，最后到達表皮部位定居，發(fā)揮其功能[22]。黑色素細胞大約占表皮細胞的2%～4%，皮膚中的黑色素細胞會伴隨著年齡的增長相對減少。發(fā)育中的毛囊（hair follicles）是大部分成黑素細胞聚集的地方，小部分的成黑素細胞會分散在表皮基底層（basal layer）中。黑色素細胞中高爾基體和黑色素體發(fā)育的較好，其不含細胞角蛋白，含有細胞質(zhì)微絲，對黑色素細胞的分布情況有一定的影響，在嬰兒的皮膚中存在的黑色素細胞是成簇狀物，而新生兒的皮膚中則是單個存在于基層底部。研究表明，黑色素細胞的增值與生長因子相關(guān)，分子生物學的快速發(fā)展也為黑色素細胞的研究提供了試驗手段，為發(fā)現(xiàn)更多參與黑色素細胞發(fā)育和遷移的基因產(chǎn)物提供依據(jù)[23]。

2.3 黑色素合成及調(diào)控

2.3.1 黑色素的合成黑色素是一種生物色素，是酪氨酸經(jīng)過一連串化學反應所形成，動物、植物與原生生物都有這種色素，黑色素通常是以聚合的方式存在[24]。最初黑色素小體的形成經(jīng)歷了黑素細胞的高爾基體到達內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，最終在溶酶體復合體內(nèi)形成，在此階段還未有黑色素的生成[25]。之后黑色素小體在體內(nèi)酪氨酸酶的開始形成黑色素，被激活后的酪氨酸酶催化酪氨酸羥化為多巴（3，4-二羥苯丙氨酸），多巴經(jīng)過氧化后變?yōu)槎喟王―OPA quinone），由一系列的非酶催化反應后，最后演變?yōu)楹谏?。這是大部分脊椎動物體內(nèi)黑色素的合成途徑，而烏骨雞黑色素的合成不同以往，烏骨雞成黑素細胞的遷移超出了正常的背側(cè)途徑遷移，向神經(jīng)嵴起源物的目的位置擴延其分布，最終到達了骨、軟骨、肌肉以及結(jié)締組織等，并獲得了超常的分化能力[26]，產(chǎn)生了烏骨雞在正常生理狀態(tài)下，黑色素在皮膚、肌肉甚至內(nèi)臟的包膜上廣泛分布的結(jié)果。

2.3.2 黑色素細胞發(fā)育調(diào)控的主要調(diào)控因子和信號通路 影響黑色素細胞發(fā)育的因素有很多。經(jīng)研究表明，成黑素細胞的發(fā)育過程被很多因子調(diào)控，這些因子之間存在相互抑制、相互合作的關(guān)系，也是有這些復雜的關(guān)系組成了成黑色素細胞發(fā)育分化的基因網(wǎng)絡。其中WNT基因作為原癌基因中的一種，在神經(jīng)嵴干細胞的誘導分化和黑色素細胞發(fā)育過程中起關(guān)鍵作用，WNT蛋白可以促進神經(jīng)前體細胞的增殖與發(fā)生,但其缺失也會導致某些區(qū)域的組織發(fā)生缺省[27]。作為干細胞生長因子的受體因子KIT，其本質(zhì)是氨基酸酶受體家族，更是神經(jīng)嵴細胞進一步分化的成黑色素細胞物，KIT信號通路對成黑色素細胞的遷移和存活提供場所，其目的是使動物被毛著色[28]。在上述調(diào)控因子和信號通路中，EDN3和EDN3信號通路主要是調(diào)控腸道神經(jīng)元細胞的發(fā)育及被神經(jīng)嵴干細胞分化而形成的黑色素細胞的發(fā)育。試驗表明黑色素細胞分布在組織器官的各個部位，因此，烏骨綿羊的烏骨烏肉性狀的形成可能與EDN3的表達量有關(guān)。

2.4 黑色素的生物學功能在微量元素方面，能夠參與人體細胞免疫功能的是鐵、銅、鋅、錳，這是黑色素對微量元素的生物富集作用的反應。黑色素自由基較穩(wěn)定，具有光保護作用，可避免皮膚受到紫外線的傷害；在保健方面，被處理過的黑色素可應用于化妝品行業(yè)，處在時尚潮流前沿的人們越來越注重皮膚的保養(yǎng)，目前市場上受到廣大女性青睞的防曬霜、隔離霜、乳液等都含有黑色素的成分，具有保膚延緩衰老的作用[29]。黑色素的抗氧化能力能夠有效地增強人體免疫力，是一種天然的保護屏障；在醫(yī)療方面，有黑色素的參與可治療帕金森氏癥、亨廷氏舞蹈癥等一些神經(jīng)性疾病，同時黑色素可以治療流感病毒導致的狗腎傳代式細胞凋亡現(xiàn)象，為進一步研究黑色素的抗病作用打下良好的基礎。

2.5 烏骨綿羊黑色素的研究烏骨綿羊、蘭坪普通綿羊和羅姆尼綿羊血液生理生化檢測得出，烏骨綿羊總抗氧化能力、酪氨酸酶活性明顯高于蘭坪普通綿羊，超氧化物歧化酶和抗超氧陰離子明顯低于羅姆尼綿羊[30]。烏骨綿羊的免疫球蛋白、補體等免疫能力高于蘭坪普通綿羊，說明烏骨綿羊自身免疫能力較強。屠宰后的烏骨綿羊，各組織器官黑色素沉著不同，其中肝臟、心臟、氣管和腎臟黑色素含量高，其他組織則較低，烏骨綿羊黑色素會伴隨著年齡的增大而顯著增多[31]。

3 未來展望

近年來，畜禽遺傳資源的保護越來越受到重視，且隨著人民生活水平的提高，人們對畜產(chǎn)品的需求從量變轉(zhuǎn)到質(zhì)變，市場開始趨向于培育功能性保健畜產(chǎn)品，烏骨綿羊因其烏骨烏肉、肉質(zhì)鮮美，受到廣大消費者的追捧，因此對蘭坪烏骨綿羊的研究將為烏骨綿羊的品種資源保護和烏骨綿羊的大力開發(fā)利用提供理論基礎。