黃牛生長發(fā)育相關(guān)基因的研究進(jìn)展

田 謎，賀芷慧，汪喜衛(wèi)，陶玲慶，馬曉霞，張德榮，霍生東，趙永清*

（1.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.西北民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究中心，甘肅 蘭州 730000)

黃牛屬于我國固有的普通牛種，角短，毛短，皮毛有黃褐色、黑色或雜色。遺傳性狀穩(wěn)定, 頭部略粗大，角形不同。體質(zhì)粗壯，構(gòu)造緊密，肌肉發(fā)達(dá)，四肢強(qiáng)健，蹄質(zhì)堅(jiān)實(shí)。研究黃牛生長發(fā)育相關(guān)基因，可對(duì)黃牛特性及品種標(biāo)準(zhǔn),并確定由役用兼用型向肉用兼用型發(fā)展的選育方向，促進(jìn)了黃牛數(shù)量的發(fā)展和質(zhì)量的提高。

1 黃牛生長發(fā)育相關(guān)基因的研究進(jìn)展

根據(jù)黃牛生長發(fā)育間關(guān)系的特性，利用現(xiàn)代生物技術(shù)培育出生長發(fā)育優(yōu)良的中國黃牛，是當(dāng)前的重要任務(wù)。

1.1 調(diào)控遺傳性狀篩選的相關(guān)基因

遺傳性狀的篩選是黃牛個(gè)體生長發(fā)育的基因調(diào)控的重要功能。

成纖維細(xì)胞生長因子21(fibroblastgrowthfa ctor21,FGF21)是一種重要的脂肪代謝調(diào)節(jié)因子[1],其具有促進(jìn)脂肪細(xì)胞攝取葡萄糖、促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的游走、平滑肌細(xì)胞的增殖、新血管形成及修復(fù)損害的內(nèi)皮細(xì)胞等功能。有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21基因第297位和第940位的多態(tài)性與南陽牛18月齡體重相關(guān)，且這種關(guān)聯(lián)表現(xiàn)為一種綜合效應(yīng)。選取5個(gè)中國地區(qū)的黃牛并對(duì)FGF21基因的多態(tài)性進(jìn)行分析，以CRS-PCRRFLP和DNA測序技術(shù)為方法進(jìn)行檢測，且與南陽牛的生產(chǎn)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析[2]。

FGF21對(duì)于維持大腸的正常功能具有重要作用，而維持大腸的正常功能的形態(tài)和功能具有重要作用的還有一種基因就是SCFA。

短鏈脂肪酸(shortchainfattyacids，SCFA)是動(dòng)物一種主要的能量來源，GPR41和GPR43是當(dāng)前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的僅有的2種特異性短鏈脂肪酸受體[3]。GPR41，又稱FFAR3，是人體內(nèi)最大的膜受體蛋白G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRS）超家族中的成員，GPR43（又稱FFAR2）同GPR41一樣，也是G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRS）超家族中的成員。有研究者采用PCR-SSCP和DNA測序技術(shù)，對(duì)郟縣紅牛、魯西牛和秦川牛3個(gè)黃牛品種共403個(gè)個(gè)體GPR41和GPR43基因的遺傳變異進(jìn)行了檢測，對(duì)黃牛群體的遺傳多態(tài)性、遺傳結(jié)構(gòu)、遺傳多態(tài)性與生長性狀（體重、體高、體長、胸圍、管圍、腹圍等）的關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)GPR41作為脂肪酸感受器可以感知來自消化腔的短鏈脂肪酸。還能夠促進(jìn)瘦素的分泌、調(diào)節(jié)糖脂和能量代謝、控制體重等。同時(shí)GPR43對(duì)動(dòng)物的營養(yǎng)吸收和能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)起重要的作用[4]。

SCFA可促進(jìn)鈉的吸收，而Na2+內(nèi)流又是產(chǎn)生動(dòng)作電位的條件之一，同時(shí)CaSR發(fā)揮作用將細(xì)胞外的信號(hào)刺激轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)，使其往下運(yùn)動(dòng)。

CaSR（calcium-sensing receptor）是G蛋白C家族成員，且能夠?qū)⒓?xì)胞外的信號(hào)刺激轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)，并激活其下游通路，從而調(diào)節(jié)食物的攝取和消化。韓福海[5]采用PCR-SSCP和DNA測序技術(shù)檢測了魯西牛、秦川牛和郟縣紅牛CaSR基因的遺傳變異，分析了其遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性，并對(duì)這三種黃牛品種在上述突變位點(diǎn)與生長性狀相關(guān)性進(jìn)行了分析，揭示中國黃牛CaSR基因遺傳變異位點(diǎn)都在外顯子上，他們分別是:NC_007299.5:g.67630865TC(Exon2)、67660395GC(Exon7)、67661546CG(Exon7)、67661892AC(Exon7)和67638409GC(Exon4)。中國黃牛CaSR基因遺傳結(jié)構(gòu)分析在魯西牛(LX)、秦川牛(QC)和郟縣紅牛(JX)的Exon2上都發(fā)現(xiàn)P2突變位點(diǎn)，檢測到該位點(diǎn)有TT和TC兩種基因型。

遺傳性狀的篩選對(duì)我國黃牛生長性狀具有較大影響，不僅為中國黃牛的分子選育和分子標(biāo)記庫的建立提供依據(jù)，還為進(jìn)一步保護(hù)利用與開發(fā)黃牛種質(zhì)資源以及改善與提高黃牛的生產(chǎn)性能提供重要的遺傳學(xué)依據(jù)。

1.2 調(diào)節(jié)生長激素的相關(guān)基因

黃牛個(gè)體在生長發(fā)育的過程中，離不開生長激素的影響。而對(duì)生長激素起調(diào)節(jié)作用的是基因。生長激素受體(GrowthHormoneReceptor,GHR)是一種跨膜糖蛋白，是細(xì)胞因子/造血因子受體超家族的成員之一，并在生長激素的活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用[6]。有研究者對(duì)寧夏黃牛雜交改良群體GHR基因多態(tài)性展開討論。采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-限制性片段長度多態(tài)性方法(PCRRFLP)對(duì)該群體70個(gè)個(gè)體的GHR基因多態(tài)性進(jìn)行檢測，得出GHR基因都能擴(kuò)增出338bp片段及檢測到AA和BB2種基因型，且PCR產(chǎn)物被限制性內(nèi)切酶AluI消化后表現(xiàn)出多態(tài)性[7]。

促卵泡素(follicle-stimulatinghormone,FSH)是垂體分泌的一種糖蛋白激素，其主要功能是促進(jìn)和維持正常的性腺發(fā)育[8]。促黃體素(Luteinizinghormonere-cepter,LHR)是哺乳動(dòng)物生殖調(diào)控的重要激素[9]。有研究發(fā)現(xiàn)成熟培養(yǎng)液中單獨(dú)添加15μg/mL的FSH和單獨(dú)添加10μg/mL的LH濃度對(duì)延邊黃牛卵母細(xì)胞體外成熟及重組胚胎后期發(fā)育效果最好；但是使用最佳濃度進(jìn)行協(xié)同作用時(shí)，其共同作用要好于單獨(dú)使用的效果[10]。采集屠宰后延邊黃牛的卵巢，并用抽吸法回收卵母細(xì)胞[11，12]，然后比較在0.5μg、10μg、15μg、20μg/mL條件下對(duì)卵母細(xì)胞體外成熟率,卵裂率和囊胚發(fā)育率的影響。

研究生長激素相關(guān)基因?qū)S牛生長發(fā)育性狀的影響，為我國地方黃牛的遺傳改良提供一定的理論依據(jù)。

1.3 調(diào)節(jié)肌肉組織發(fā)育的相關(guān)基因

肌肉組織是黃牛個(gè)體中的重要組成部分，也是衡量黃牛生長發(fā)育是否良好的一個(gè)重要衡量指標(biāo)。

固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1(Sterolregulatoryele mentbindingfactor1，SREBP1)是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子家族成員之一，可以調(diào)節(jié)脂肪沉積和SCD1基因，并間接參與脂肪代謝和生物合成[13]。硬脂酰輔酶A去飽和酶1(StearoylCoAdesaturease1，SCD1)對(duì)牛肌肉間脂肪沉積及脂肪組織中脂肪酸組成有著一定的影響[14]。有研究發(fā)現(xiàn)SREBP1和SCD1基因進(jìn)行協(xié)同表達(dá)對(duì)延邊黃牛不同生長階段肌內(nèi)脂肪的沉積有一定的正向調(diào)控重要作用；而且這兩個(gè)基因在此階段存在顯著或極顯著差異。對(duì)延邊黃牛不同生長階段SREBP1和SCD1基因表達(dá)的發(fā)育性變化以及表達(dá)水平的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究；選取12月齡的延邊黃牛公牛（去勢）8頭，利用微量微創(chuàng)活體采樣槍采集肌肉組織（臀肌）及實(shí)時(shí)熒光定量PCR的方法去分析這兩個(gè)基因在延邊黃牛不同生長階段肌肉組織中的mRNA發(fā)育性變化[15]。

SREBP1基因不僅對(duì)延邊黃牛有著影響，還對(duì)其他類型的黃牛也產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

徐麗[16]得出SREBP1基因第5內(nèi)含子84bp缺失突變與大連雪龍黑牛背膘厚有顯著相關(guān)性，而且SS型個(gè)體背膘厚顯著高于LL和LS型個(gè)體。以128頭大連雪龍黑牛和209頭西門塔爾牛為研究對(duì)象，利用PCR技術(shù)檢測SREBP1基因第5內(nèi)含子84bp的插入缺失突變，并構(gòu)建SERBP1基因過表達(dá)載體，分析其多態(tài)性與牛肉中肌內(nèi)脂肪組分及含量的關(guān)系[17，18]，進(jìn)一步探討其結(jié)果。

研究肌內(nèi)脂肪含量的多少及組成，不僅對(duì)牛肉的顏色和口味有一定的影響，更是對(duì)消費(fèi)者的健康有著重要影響。且對(duì)黃牛肌肉組織的發(fā)育變化的研究，也能進(jìn)一步闡明黃牛肌內(nèi)脂肪沉積，并為豐富遺傳機(jī)制提供理論依據(jù)。

1.4 影響生長性狀的相關(guān)基因

黃牛的體重、體長、體高等性狀，是衡量黃牛生長發(fā)育狀況的又一重要參考指標(biāo)。

阿片黑皮質(zhì)素前體(pro-opiomelanocortin,POMC)是一種蛋白質(zhì)前體，主要參與采食和能量平衡調(diào)控[19]，由于POMC基因不同功能肽的突變或者表達(dá)水平差異導(dǎo)致很多疾病的發(fā)生，因此可用于人的一些肥胖癥的檢測[20]。有研究者得出阿片黑皮質(zhì)素前體（POMC）對(duì)動(dòng)物采食和能量平衡具有重要作用，對(duì)關(guān)嶺黃牛92頭個(gè)體的POMC基因的多態(tài)性進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)在擴(kuò)增片段為870bp的產(chǎn)物中，位點(diǎn)138，430，644，668C→T突變，位點(diǎn)693A→G突變。同時(shí)5個(gè)突變位點(diǎn)的多肽信息含量（PIC）均為中度多態(tài) ，其中除430C→T突變位點(diǎn)處于哈代-溫伯格不平衡狀態(tài)（HWE），其余突變位點(diǎn)均處于HWE平衡狀態(tài)[21-22]。POMC基因不僅有2個(gè)變異位點(diǎn)與關(guān)嶺黃牛的體斜長具有關(guān)聯(lián)性，還與南陽牛體重具有關(guān)聯(lián)性[23]。

POMC參與能量平衡調(diào)控，但在調(diào)控能量平衡和體重的眾多信號(hào)分子中作為一個(gè)關(guān)鍵蛋白起作用的是SH2B1[24-25]。

SH2B銜接因子蛋白l(Srchomology2Badaptor protein1,SH2B1)屬于SH2B接頭蛋白家族，在脂肪和肌肉等組織中含量豐富，其神經(jīng)元特異性過表達(dá)對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的瘦素抵抗和肥胖具有劑量依賴性的保護(hù)作用[26]。有研究發(fā)現(xiàn)SH2B1基因可以作為影響秦川牛生產(chǎn)性狀的遺傳標(biāo)記候選基因。他們探討SH2B1基因在黃牛中的組織表達(dá)規(guī)律和遺傳多態(tài)性，以4個(gè)地方黃牛為研究對(duì)象，以DNA測序技術(shù)為方法，檢測SH2B1基因的多態(tài)位點(diǎn)并將其與秦川牛生長發(fā)育的指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析 。得出C6073T能顯著影響體長、坐骨端寬和胸圍, 而T8067C能顯著影響體長和體高[27]。

為了提高黃牛生長性能的育種工作及進(jìn)一步發(fā)掘黃牛生長發(fā)育關(guān)鍵性基因，檢測影響黃牛體重、體長、體高的相關(guān)基因，并分析其與生長性狀的相關(guān)性具有重要意義。

2 問題及展望

2.1 問題

一是上述研究都具有一定的地域性?？v觀上面這些研究成果，多是以某一地區(qū)或某幾個(gè)地區(qū)的黃牛作為研究對(duì)象，就如張春珍[7]、金世杰[15]、黃永震[18]及徐龍鑫[21]等人?？偨Y(jié)出的規(guī)律并不適用于中國黃牛的整體情況。

二是這些研究不具有系統(tǒng)性。絕大多數(shù)研究都是基于某一個(gè)或某幾個(gè)基因，甚至是某一基因的某個(gè)組成部分去展開研究，正如孫曉梅[2]、胡艷明[10]及張毅威[27]等人。該研究沒有形成一個(gè)系統(tǒng)體系。

2.2 展望

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，中國的黃牛產(chǎn)業(yè)也將成為一個(gè)品牌產(chǎn)業(yè)。研究基于與黃牛生長發(fā)育的關(guān)系，其最終目的就是通過基因的遺傳變異特性來改良中國的黃牛品種。因此，今后的研究趨勢是把中國各個(gè)地域的黃牛整體作為研究對(duì)象，使研究成果更具有代表性和典型性。同時(shí)，從系統(tǒng)的角度來對(duì)基因與黃牛生長發(fā)育的關(guān)系進(jìn)行研究，以達(dá)到改良整個(gè)中國黃牛品種之目的。從而使中國黃牛不僅在國內(nèi)畜牧業(yè)具有較強(qiáng)的競爭力，而且在國際競爭中能夠占有一席之地。