雞產(chǎn)蛋性能遺傳因子的研究進(jìn)展

杜彥麗，王 坤，葛長(zhǎng)榮

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650201）

在雞養(yǎng)殖過(guò)程中，繁殖是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，與整個(gè)養(yǎng)禽業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。而產(chǎn)蛋性能決定著種雞的繁殖性能，也是重要的生產(chǎn)性能，因此在蛋雞生產(chǎn)中引起了越來(lái)越多研究者的關(guān)注[1]。在家禽生產(chǎn)中，產(chǎn)蛋性能通常包括開(kāi)產(chǎn)日齡、開(kāi)產(chǎn)日齡體重、雞蛋重量、產(chǎn)蛋數(shù)、蛋品質(zhì)等指標(biāo)，主要受遺傳因子和內(nèi)分泌因子影響。傳統(tǒng)育種已經(jīng)對(duì)我國(guó)蛋雞產(chǎn)蛋性能的改善起到了積極作用，隨著新興技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)基因的鑒定及控制其活動(dòng)的分子機(jī)制逐漸被發(fā)現(xiàn)，為更有效地選擇產(chǎn)蛋性能提供了機(jī)會(huì)。本文就雞產(chǎn)蛋性能的內(nèi)分泌因子相關(guān)的候選基因及通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)（GWAS）挖掘的新基因的研究進(jìn)展進(jìn)行論述，以期為后續(xù)的研究提供理論指導(dǎo)。

1 雞產(chǎn)蛋性能的內(nèi)分泌因子

下丘腦-垂體-性腺（HPG）軸是最受關(guān)注的與產(chǎn)蛋性能相關(guān)的內(nèi)分泌機(jī)制。在光照刺激下，下丘腦分泌促性腺激素釋放激素（GnRH），并由其受體（GnRHR）介導(dǎo)，刺激垂體分泌促卵泡激素（FSH）和黃體生成素（LH）來(lái)調(diào)節(jié)卵巢生長(zhǎng)發(fā)育[2-3]。而LH和FSH刺激卵巢和睪丸，使性腺激素產(chǎn)生，引起排卵和黃體化[4-5]。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)促性腺釋放抑制激素（GnIH）抑制GnRH和促性腺激素的分泌，從而抑制排卵[6-8]。泌乳素（PRL）主要由垂體前葉的泌乳細(xì)胞分泌，其對(duì)家禽的孵化行為是絕對(duì)必要的，它作為產(chǎn)蛋性能的負(fù)調(diào)節(jié)因子，抑制促性腺激素的分泌，并導(dǎo)致卵巢濾泡閉鎖。血管活性腸肽（VIP）具有促進(jìn)泌乳素分泌的作用。經(jīng)VIP調(diào)控后，PRL抑制促性腺激素的釋放，從而誘導(dǎo)和維持雞的孵化和行為。同時(shí)神經(jīng)肽Y（NPY）是一種含有36種氨基酸的多肽，廣泛分布于下丘腦。NPY激素主要作用于HPG，以激素依賴(lài)的方式影響性成熟起始。GnRH及其受體（GnRHR）啟動(dòng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，NPY通過(guò)其受體（Y1R）抑制GnRH分泌，控制排卵[9]。同時(shí)性腺組織產(chǎn)生的性激素也會(huì)反饋?zhàn)饔糜谙虑鹉X神經(jīng)元細(xì)胞，從而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控下使HPG形成一個(gè)封閉的反饋系統(tǒng)，調(diào)控雞產(chǎn)蛋。

雞的產(chǎn)蛋與內(nèi)分泌密切相關(guān)，相關(guān)激素作用于靶器官調(diào)控產(chǎn)蛋。雖然調(diào)控雞產(chǎn)蛋性能的內(nèi)分泌激素在繁殖周期中表現(xiàn)出稍好的規(guī)律性，但內(nèi)分泌相關(guān)激素受其他因素影響（如遺傳和環(huán)境），因此這些激素含量不能作為雞產(chǎn)蛋性能選育的標(biāo)準(zhǔn)。盡管通過(guò)激素注射可維持產(chǎn)蛋，但這種方法并不適用于現(xiàn)代規(guī)?；酿B(yǎng)殖生產(chǎn)。

2 雞產(chǎn)蛋性能候選基因的研究進(jìn)展

候選基因?yàn)橥晟齐u產(chǎn)蛋性能的遺傳機(jī)制提供了基礎(chǔ)，也為闡明基因的功能、揭示雞產(chǎn)蛋性能的分子遺傳機(jī)制提供依據(jù)。而分子遺傳標(biāo)記的開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步促進(jìn)優(yōu)良的家禽地方品種選育工作，為禽類(lèi)品種資源保護(hù)、利用和開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2.1 HPG軸上常見(jiàn)的與蛋產(chǎn)性能顯著相關(guān)的候選基因目前在二郎山雞中發(fā)現(xiàn)GnlH基因中存在5個(gè)SNPs及在北京油雞中發(fā)現(xiàn)卵泡刺激素受體基因（FSHR）中存5個(gè)SNPs與產(chǎn)蛋性能顯著關(guān)聯(lián)[10-11]。在商品肉雞中發(fā)現(xiàn)GnRH內(nèi)含子區(qū)SNP（C537T）與雙黃蛋產(chǎn)蛋數(shù)顯著相關(guān)[12]。另外在寧都三黃雞中發(fā)現(xiàn)GnRH-I的SNP（G840327C）與開(kāi)產(chǎn)日齡顯著相關(guān)[13]。研究發(fā)現(xiàn)VIP的3個(gè)SNPs位點(diǎn)（5′調(diào)控區(qū)284A/G，內(nèi)含子6中42913C/T，內(nèi)含子8中53527C/T）與開(kāi)產(chǎn)日齡和產(chǎn)蛋量顯著相關(guān)[14]，而且VIP已被發(fā)現(xiàn)可以抑制火雞母雞的孵育行為并增加產(chǎn)蛋量[15]。Xu等[13]研究發(fā)現(xiàn)血管活性腸肽I型受體（VIPR-1）SNPs（C1704887T/C1715301T），多巴胺受體D2型基因（DRD2）SNPs（T5841629C）和重組人SH3-結(jié)構(gòu)域GRB2樣2蛋白（SH3GL2）SNPs（T32742 468C/G32742603A）與300日齡產(chǎn)蛋數(shù)顯著相關(guān)。PRL在啟動(dòng)子區(qū)有一段24 bp的插入與產(chǎn)蛋量顯著相關(guān)[16]，Jiang等[17]也發(fā)現(xiàn)該基因啟動(dòng)子區(qū)的24 bp的插入影響母雞的就巢行為，或許啟動(dòng)子區(qū)的24 bp的插入導(dǎo)致該基因的轉(zhuǎn)錄受到了特異性調(diào)控，從而影響產(chǎn)蛋性能。

2.2 與產(chǎn)蛋性能顯著相關(guān)的其他基因

2.2.1 與產(chǎn)蛋量和產(chǎn)蛋數(shù)顯著相關(guān)的候選基因 有研究發(fā)現(xiàn)，酪氨酸激酶2基因（JAK2）SNP（G28132240C）與北京油雞40周齡產(chǎn)蛋數(shù)顯著相關(guān)[18]，JAK與轉(zhuǎn)錄因子5生長(zhǎng)激素信號(hào)通路的激活有關(guān)，是JAK2/STAT5信號(hào)通路的一部分[19-21]。骨膜蛋白（POSTN）和血小板來(lái)源生長(zhǎng)因子受體樣蛋白（PDGFRL）已被證實(shí)與中國(guó)大沽母雞產(chǎn)蛋數(shù)顯著相關(guān)[22]。最近發(fā)現(xiàn)京紅雞的rap鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換因子6基因（RAPGEF6）SNPs（A15829057G/A15829303G）、大沽母雞中叉頭盒L2基因（FOXL2）SNP（A238G）、寧都三黃雞中多巴胺受體D2型基因（DRD2）SNP（T5841629C）及生長(zhǎng)分化因子9基因（GDF9）SNP（G1609T）與蛋產(chǎn)量顯著相關(guān)[13,23-24]。且FOXL和GDF9與卵巢生長(zhǎng)、成熟和排卵顯著相關(guān)[25-28]，可能成為產(chǎn)蛋性能的分子遺傳標(biāo)記。

2.2.2 與開(kāi)產(chǎn)日齡和開(kāi)產(chǎn)日齡體重顯著相關(guān)的候選基因 經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)黃體生成素/人絨毛膜促性腺激素受體基因（LHCGR）SNP（G4058A/T4099G）及骨形態(tài)發(fā)生蛋白15基因（BMP15）SNP（T1773C）與雞的開(kāi)產(chǎn)日齡及開(kāi)產(chǎn)日齡體重顯著相關(guān)[29-30]。LHCGR是蛋白偶聯(lián)受體的成員之一，調(diào)節(jié)黃體生成素（LH）和絨毛膜促性腺激素（CG）。研究發(fā)現(xiàn)MMP13基因的啟動(dòng)子區(qū)SNP（G-1356A）及信號(hào)傳導(dǎo)子轉(zhuǎn)錄激活子5b基因（STAT5b）5' 側(cè)翼區(qū)SNP（C-1591T）與開(kāi)產(chǎn)日齡顯著相關(guān)[31-32]。其中基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）及其相關(guān)內(nèi)源性抑制劑（TIMPs）協(xié)同作用促進(jìn)了雞的卵泡發(fā)育。

2.2.3 與蛋品質(zhì)顯著相關(guān)的候選基因 低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白8基因（LRP8）是哺乳動(dòng)物低密度脂蛋白受體相關(guān)基因家族的成員之一[33]。研究發(fā)現(xiàn)LRP8是蛋殼基質(zhì)蛋白的新成員，開(kāi)放閱讀框區(qū)SNP（C1623T）與殼體形狀、強(qiáng)度、厚度及蛋殼顏色顯著相關(guān)[34]。卵抑制物基因（OIH）SNP（A4363G）與雞哈氏單位顯著相關(guān)[35]。

3 雞產(chǎn)蛋性能新基因的挖掘

近幾年，GWAS雞產(chǎn)蛋性能上各項(xiàng)指標(biāo)（開(kāi)產(chǎn)日齡、開(kāi)產(chǎn)日齡體重及開(kāi)產(chǎn)日齡蛋重、產(chǎn)蛋數(shù)、蛋重、蛋品質(zhì)）的研究也有了新進(jìn)展。目前研究顯示63個(gè)SNPs及相應(yīng)的34個(gè)候選基因與雞產(chǎn)蛋性能顯著相關(guān)，主要位于染色體1、2、4和5上，其中染色體1上有17個(gè)SNPs，染色體2上有4個(gè)SNPs，染色體4上有5個(gè)SNPs及染色體5上有26個(gè)SNPs，見(jiàn)表1。

3.1 開(kāi)產(chǎn)日齡、開(kāi)產(chǎn)日齡體重及開(kāi)產(chǎn)日齡蛋重 通過(guò)GWAS進(jìn)行分析，Liu等[36]研究發(fā)現(xiàn)在13號(hào)染色體上的1個(gè)SNP（GGaluGA092322）與開(kāi)產(chǎn)日齡顯著相關(guān)，候選基因是oz/ten-m同源基因2（ODZ2）。而ODZ2對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育非常重要，且在雞的視神經(jīng)系統(tǒng)中高表達(dá)[43-44]。有研究發(fā)現(xiàn)，位于5號(hào)染色體上38.62～38.69 Mb的5個(gè)SNPs與開(kāi)產(chǎn)日齡顯著相關(guān)，候選基因是Tuberin樣蛋白1（GARNL1）[41]。Fan等[37]研究發(fā)現(xiàn)9個(gè)SNPs與開(kāi)產(chǎn)日齡體重顯著相關(guān)，其中4個(gè)SNPs位于1號(hào)染色體151.3～154.9 Mb區(qū)域，2個(gè)SNP位于1號(hào)染色體173.0～175.2 Mb區(qū)域，3個(gè)SNP位于4號(hào)染色體上的78.7～85.2 Mb區(qū)域；而相應(yīng)的候選基因分別是miR-15a、磷脂酰基醇蛋白聚糖6（GPC6）、LOC101751412、LOC101 748963、低聚高爾基復(fù)合體的組成6（COG6）、序列相似性家族184成員B（FAM184B）和亨廷頓蛋白（HTT）。GPC6與人的軟骨內(nèi)骨化有關(guān)[44]。染色體1上一個(gè)基因組區(qū)域（61.72～61.77 Mb）的6個(gè)SNPs與開(kāi)產(chǎn)蛋重顯著關(guān)聯(lián)，候選基因是貓眼綜合征染色體候選基因1（CECR1）和貓眼綜合征染色體候選基因2（CECR2）[39]，而CECR2可能與雞的胚胎發(fā)育有關(guān)。

表1 通過(guò)GWAS識(shí)別到與雞產(chǎn)蛋性能各項(xiàng)指標(biāo)顯著相關(guān)的SNPs及相應(yīng)的候選基因

3.2 產(chǎn)蛋數(shù) Liu等[36]研究發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)蛋數(shù)相關(guān)的SNPs（GGaluGA315030）位于7號(hào)染色體上21.67 Mb，其候選基因是生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白14（GRB14）。而在哺乳動(dòng)物中，GRB14在卵巢、肝臟和腎臟中都是高度表達(dá)的[45]。GRB14與胰島素受體（IR）和胰島素樣生長(zhǎng)因子受體（IGFR）相互作用，可能在酪氨酸激酶受體（Tkr）信號(hào)通路中發(fā)揮抑制作用[46-47]。IGF和IGFR可調(diào)節(jié)雞的卵巢功能和卵泡發(fā)育[1,48]。另外在京海黃雞中檢測(cè)到4個(gè)SNPs與產(chǎn)蛋數(shù)顯著關(guān)聯(lián)，其中2個(gè)SNPs位于11號(hào)染色體上23.3～23.5 Mb區(qū)域，候選基因是核心結(jié)合因子β亞基（CBFB）；一個(gè)SNP（rs13905010）位于1號(hào)染色體，候選基因是gap連接蛋白a5（GJA5）；1個(gè)SNPs（rs15938574）位于2號(hào)染色體上，候選基因是絲氨酸/蘇氨酸激酶31（STK31）[37]。Liao等[42]在性染色體Z上發(fā)現(xiàn)了SNPs位點(diǎn)（ss1985401199），該位點(diǎn)與25～45周齡產(chǎn)蛋數(shù)顯著相關(guān)聯(lián)。另外1、5和23號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)23個(gè)SNPs與產(chǎn)蛋數(shù)顯著相關(guān)，候選基因分別是KIAA1549、通用轉(zhuǎn)錄因子II A肽1（GTF2A1）、石蛋白2（STON2）、鈣調(diào)蛋白1（CALM1）、LOC423393和卡環(huán)（CLSPN），其中21個(gè)SNPs位于5號(hào)染色體上40.15～43.16 Mb[38]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，在5號(hào)染色體上與產(chǎn)蛋量相關(guān)聯(lián)的QTL區(qū)（38.62～38.69 Mb）與40.1～43.16 Mb區(qū)相距1.41 Mb，該區(qū)域可能是與產(chǎn)蛋性能相關(guān)的重要QTL區(qū)[41]。

3.3 蛋重 在京海黃雞中發(fā)現(xiàn)5 SNPs（rs13929546、rs14254270、rs14085822、GGaluGA265806、GGaluGA265645）分別位于染色體1、2、3、4上，與蛋重顯著關(guān)聯(lián)，候選基因分別是Ras 2激酶抑制基因連接增強(qiáng)子（CNKSR2）、中介復(fù)合物亞基30（MED30）、CDC42結(jié)合蛋白激酶（CDC42BPA）、Kv通道相互作用蛋白4（KCNIP4）、增殖激活受體共激活因子1（PPARGC1A），其中4號(hào)染色體上2個(gè)SNPs位于76.5～77.4 Mb區(qū)[37]，而有研究發(fā)現(xiàn)SNP（ss1985401190）位于4號(hào)染色體上，與25～45周蛋重顯著相關(guān)，候選基因是shroom家族成員3基因（SHROOM3），與76.5～77.4 Mb區(qū)相距27.3 Mb，該區(qū)域可能是與產(chǎn)蛋性能相關(guān)的重要QTL區(qū)[42]。而這些顯著的SNPs及QTL的發(fā)現(xiàn)加速了雞產(chǎn)蛋性能遺傳機(jī)制的研究進(jìn)展。

3.4 蛋品質(zhì) 有研究發(fā)現(xiàn)，2個(gè)顯著SNPs（rs13636444、rs14411624）分別位于2和3號(hào)染色體上，與40周蛋殼重量顯著相關(guān)，候選基因是多肽N-乙酰半乳糖氨基轉(zhuǎn)移酶1（GALNT1）和BLK[36]。GALNT1突變可導(dǎo)致人類(lèi)卵巢癌[49]。因此，正常的GALNT1或許可以使卵巢功能保證正常。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)在11號(hào)染色體上SNPs（rs14022717）與60周齡蛋殼重顯著相關(guān)，候選基因是鋅指蛋白蛋白536（ZNF536）[36]。ZNF536基因是一種轉(zhuǎn)錄抑制因子[50-51]，這是首次報(bào)道ZNF536可能影響雞的蛋殼重。1號(hào)染色體上的2個(gè)SNPs位于171.22～179.35 Mb區(qū)，與40周齡蛋殼厚度顯著相關(guān)，相應(yīng)的候選基因是LOC418918和ENOX1[36]；另外有研究發(fā)現(xiàn)，在1號(hào)染色體上與蛋殼厚度相關(guān)聯(lián)的QTL與171.22～179.35 Mb區(qū)相距70 Mb[52]，該區(qū)域可能是與產(chǎn)蛋性能相關(guān)的重要QTL區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，26號(hào)染色體上的2個(gè)SNPs位于34.53～34.54 Mb區(qū)，與蛋殼厚度顯著相關(guān)[42]。

4 其他調(diào)控卵泡機(jī)制的基因

在調(diào)控卵泡、卵巢的發(fā)育和成熟上，研究者發(fā)現(xiàn)了許多新的基因與雞產(chǎn)蛋性能顯著關(guān)聯(lián)，加深了對(duì)雞產(chǎn)蛋性能候選基因的認(rèn)識(shí)。研究禽類(lèi)的卵巢及卵泡發(fā)育機(jī)制對(duì)于提高家禽的繁殖性能有非常重要的意義。而卵泡的發(fā)育一搬包括卵泡的生長(zhǎng)、優(yōu)勢(shì)卵泡的挑選及卵泡的分化等，是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程；且卵泡的發(fā)育是胞外基質(zhì)重建的過(guò)程，胞外基質(zhì)的維持與金屬蛋白酶（MMPs）和它的組織抑制因子（TIMPs）相互協(xié)調(diào)而控制。有報(bào)道表明，MMP-1、MMP-3、MMP-9對(duì)禽類(lèi)卵巢的成熟有重要作用，但在卵巢的發(fā)育過(guò)程中的功能卻不相同。研究發(fā)現(xiàn)雞的PAPPA2基因可能以旁分泌或自分泌的方式調(diào)控卵泡的生長(zhǎng)發(fā)育。另外也有研究發(fā)現(xiàn)TNRC6A基因與雞卵巢、卵泡發(fā)育密切相關(guān)，而miR-26α可能負(fù)調(diào)控TNRC6A，導(dǎo)致TNRC6A表達(dá)量下降[53]，從而影響雞的卵巢及卵泡發(fā)育，其具體的機(jī)制還需進(jìn)一步證明。由于卵泡發(fā)育過(guò)程復(fù)雜而精細(xì)，其機(jī)制目前為止還未完全解釋清楚。

4 小結(jié)與展望

隨著對(duì)雞產(chǎn)蛋性能候選基因挖掘的不斷深入，候選基因數(shù)量不斷增加，為雞育種工作提供了更多的技術(shù)手段，極大地縮短了育種進(jìn)程，促進(jìn)了雞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在研究進(jìn)程中，候選基因法能識(shí)別許多候選基因，但這些基因的調(diào)控機(jī)制尚不清楚，基因的功能驗(yàn)證有助于闡述這些機(jī)制。近年來(lái)，GWAS已挖掘到許多與產(chǎn)蛋性能顯著相關(guān)的SNPs和新基因。而目前該領(lǐng)域存在的問(wèn)題：①在進(jìn)行GWAS時(shí)，由于數(shù)量性狀具有微效多基因控制的機(jī)制，容易受到復(fù)雜環(huán)境因素的影響，效應(yīng)較弱的遺傳因子不容易被檢測(cè)到，而整合分析法可以克服小樣本研究檢測(cè)效力不高的缺陷，提高結(jié)果的可靠性。②GWAS只檢測(cè)表型與基因型的關(guān)聯(lián)情況，而基因的功能驗(yàn)證明顯不足。③不同群體研究結(jié)果由于群體遺傳背景不同，群體太小及研究方法的誤差導(dǎo)致研究結(jié)果重復(fù)性差，所以設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案非常必要。另外Refseq通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)檢測(cè)繁殖性能差異的候選基因，并進(jìn)行功能注釋和富集分析，構(gòu)建產(chǎn)蛋性能相關(guān)的候選基因的網(wǎng)格圖調(diào)控圖，解釋雞產(chǎn)蛋性能的遺傳機(jī)制也是未來(lái)研究的重點(diǎn)方向。