牛羊繁殖性狀相關(guān)基因的研究進(jìn)展

李麗娟， 楊 鵬， 賀 花, 3， 黃殷琦， 梁君桐， 雷初朝， 陳 宏， 黃永震

(1.貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)研究院， 貴州 畢節(jié) 55170； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 動物科技學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 動物醫(yī)學(xué)學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

動物繁殖性狀作為經(jīng)濟(jì)性狀的重要組成部分，其性能的高低與生產(chǎn)效益、生產(chǎn)成本密切相關(guān)，直接影響農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。繁殖性狀受多種因素影響，基因作為主要作用因素之一，對性狀的貢獻(xiàn)極大。牛羊的繁殖性狀候選基因具有一定的相似性，分化生長因子9基因(GDF-9)、促卵泡素基因(FSH)、促黃體素基因(LH)、催乳素受體基因(PRLR)等都對牛羊的繁殖性狀有影響。越來越多的基因被發(fā)現(xiàn)與繁殖性狀密切相關(guān)，可作為繁殖性狀分子標(biāo)記的基因越來越多，在育種時可做到早期選擇，節(jié)省成本和突破性別的限制，進(jìn)而成為提高牛羊繁殖性能的新通路，提高牛羊繁殖性能已成為國際牛羊育種繁殖等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研究熱點(diǎn)。為基因分子水平提高牛羊繁殖性能提供資料，綜述了近年來對牛羊繁殖性狀相關(guān)基因的研究進(jìn)展。

1 牛繁殖性狀的相關(guān)基因

1.1 生長分化因子-9基因(GDF-9)

GDF-9是TGF-β超家族中的一員，GDF-9主要通過調(diào)節(jié)卵丘細(xì)胞增殖、分化等生物學(xué)過程，對卵泡的發(fā)育和卵母細(xì)胞的成熟產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。栗瑞蘭等[1]通過構(gòu)建GDF-9真核表達(dá)載體，用脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染牛卵丘細(xì)胞后可提高牛卵丘細(xì)胞擴(kuò)展相關(guān)基因表達(dá)量，卵丘細(xì)胞擴(kuò)展基因通過調(diào)控卵丘細(xì)胞的擴(kuò)展影響卵母細(xì)胞成熟[2]。田蕾等[3]檢測牛GDF-9基因mRNA在懷孕期生殖系統(tǒng)的表達(dá)結(jié)果表明，牛GDF-9基因在卵巢、輸卵管、子宮、腎臟中均有表達(dá)，其中卵巢的表達(dá)量最高，其他組織中表達(dá)量不高，表明GDF-9或與卵巢等生殖器官發(fā)育有關(guān)，通過現(xiàn)代生物技術(shù)手段或可促進(jìn)牛卵巢的發(fā)育，同時對卵母細(xì)胞的成熟也有影響，進(jìn)而提升母牛的繁殖能力。

1.2 無精子癥樣缺失基因(DAZL)

DAZL是無精子癥基因(DAZ)家族中的重要組成，在進(jìn)化中具有高度的保守性。在脊椎動物的生殖細(xì)胞中特異表達(dá)，DAZL基因作為生殖細(xì)胞形成過程的必要調(diào)控因子，如果發(fā)生任何異常變化，例如突變、微缺失以及表達(dá)量減少均可阻礙生精過程，導(dǎo)致雄性不育。付永[4]通過實(shí)時熒光定量PCR技術(shù)檢測黃牛、牦牛和犏牛睪丸組織中Dazl基因mRNA表達(dá)結(jié)果顯示,Dazl基因在犏牛睪丸組織中表達(dá)量最低，可能與犏牛精子發(fā)生過程中減數(shù)分裂調(diào)控作用相關(guān)，該發(fā)現(xiàn)對研究犏牛雄性不育、牦牛品種改良有重要意義。

1.3 促卵泡素受體基因(FSHR)

促卵泡素(FSH)是由垂體分泌的一種與繁殖相關(guān)的激素，有促進(jìn)卵巢卵泡生長、發(fā)育、排卵等作用。FSH通過與靶細(xì)胞膜上的受體(FSHR)結(jié)合，將生物學(xué)信號傳至細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。游偉等[5]以生長分化因子-9、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-15、FSHβ和促卵泡素受體基因外顯子區(qū)為候選基因，證實(shí)在牛產(chǎn)雙胎的性狀中，F(xiàn)SHR起主要作用，F(xiàn)SHβ基因通過促進(jìn)生長分化因子-9和促性腺激素釋放激素釋放起協(xié)同作用，這一調(diào)節(jié)促卵泡素﹑促黃體素﹑孕酮活性機(jī)制，可對牛產(chǎn)雙胎的性狀產(chǎn)生影響，可能會提高牛的繁殖率。

1.4 視黃素X受體γ基因(RXRG)

視黃酸在調(diào)節(jié)細(xì)胞分化和組織形態(tài)發(fā)生變化的過程中發(fā)揮主要作用，在上皮細(xì)胞的生長、分化，胎兒發(fā)育和繁殖等過程中具有重要調(diào)節(jié)作用，視黃酸通過與視黃素X受體(RXR)結(jié)合從而產(chǎn)生多種作用，具有多種效應(yīng)。RXRG基因作為配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，與應(yīng)答序列結(jié)合調(diào)節(jié)靶細(xì)胞內(nèi)基因的表達(dá)[6-7]。黃萌等[8]以魯西牛有雙胎生產(chǎn)記錄的群體和單胎群體牛為實(shí)驗(yàn)材料，對RXRG基因進(jìn)行SNP檢測表明，RXRG基因在A1941G具有較高的位點(diǎn)突變率，不同基因型在產(chǎn)單雙胎牛中的分布差異明顯，據(jù)此推測RXRG基因可能影響魯西牛多胎性能，此發(fā)現(xiàn)可用作輔助標(biāo)記育種，在牛群體中選擇具有產(chǎn)多胎基因的牛，通過純化擴(kuò)繁等措施提高牛群的生產(chǎn)性能。

1.5 催乳素受體(PRLR)

催乳素(PRL)是腦垂體分泌的激素，具有重要的生物學(xué)功能，在乳腺發(fā)育、乳蛋白合成等生理過程都發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。PRL通過與催乳素受體(PRLR)結(jié)合發(fā)揮作用[9]。結(jié)合多胎基因的選擇育種，在產(chǎn)多胎的情況下犢牛的成活率較低，提高哺乳母牛的乳腺發(fā)育程度，對提高犢牛成活率有重要作用。宋永利[10]通過研究牛PRLP基因多態(tài)性與公牛精液品質(zhì)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，PR基因與PRLR基因?qū)缶浩焚|(zhì)的影響顯著，PR基因的外顯子4和8對精液品質(zhì)作用明顯，前者影響射精量，后者影響精子密度及凍精活精比例，其中精子密度受到的影響最大；PRLR基因外顯子1和8與精液品質(zhì)顯著相關(guān)，前者影響鮮精頂體完整率，后者影響凍精活力。精子品質(zhì)是公牛繁殖性狀的重要指標(biāo)之一，提高精子質(zhì)量對提高母牛受胎率具有促進(jìn)作用。

2 羊繁殖性狀的相關(guān)基因

2.1 促甲狀腺激素受體(TSHR)

TSHR屬于糖蛋白激素受體，是G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)亞家族A成員之一。TSHR在甲狀腺、綿羊的腦部(如下丘腦、松果體和垂體等)、卵巢和血液中表達(dá)。竇立靜等[11]通過多態(tài)性研究發(fā)現(xiàn)，在綿羊TSHR基因CDS區(qū)發(fā)現(xiàn)多態(tài)性位點(diǎn)，與季節(jié)性繁殖羊品種相比，常年發(fā)情綿羊品種在基因型和基因頻率分布有差異，G等位基因純合型和G等位基因?yàn)槌Ｄ臧l(fā)情的綿羊品種(多浪羊、小尾寒羊、湖羊)的優(yōu)勢基因型和優(yōu)勢等位基因。表明，TSHR基因與綿羊發(fā)情的規(guī)律性有關(guān)，在季節(jié)性發(fā)情和全年發(fā)情品種羊之間存在差異，可通過TSHR基因的調(diào)控作用縮短母羊間情期，提高母羊產(chǎn)胎數(shù)。

2.2 褪黑素受體1A基因(MTNR1A)

褪黑激素(MEL)在綿羊體內(nèi)接收外界光信號，轉(zhuǎn)化釋放化學(xué)激素信號，進(jìn)而起到調(diào)節(jié)生殖系統(tǒng)周期性活動的重要作用。MEL在體內(nèi)與受體MTNR結(jié)合發(fā)揮其生理功能[12]。動物體內(nèi)褪黑激素的特異性受體MTNR可分為3種類型，分別為MTNR1A、MTNR1B和MTNR1C，目前在哺乳動物中只發(fā)現(xiàn)MTNR1A和MTNR1B，且1B型的活性很低，所以推測主要由MTNR1A結(jié)合褪黑激素完成生理功能[13]。羊是短日照動物，即隨著秋天短日照的到來而進(jìn)入生殖期，自然狀態(tài)下日照時間是羊發(fā)情的重要影響因素之一，在現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)中可通過控制光照時間及分子生物技術(shù)提高羊MTNR1A基因的表達(dá)或按生產(chǎn)需要控制羊群發(fā)情。王世銀等[14]采用RT-PCR對發(fā)情盛期阿勒泰羊不同組織中的MTNRlA基因表達(dá)情況進(jìn)行檢測，并以qPCR測定分析不同時期(乏情期、發(fā)情初期等)阿勒泰羊下丘腦MTNR1A基因的表達(dá)變化情況表明，MRNT1A基因的表達(dá)量在不同季節(jié)有顯著差異，秋季發(fā)情時期羊下丘腦的表達(dá)量較夏季乏情時期顯著增高，但在發(fā)情前期等其他時期的表達(dá)量并沒有明顯的差異?？梢?，在阿勒泰羊季節(jié)性發(fā)情過程中，褪黑素與受體結(jié)合共同發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。

2.3 促性腺激素釋放激素(GnRHR)

GnRH是一種由腦組織分泌的神經(jīng)激素，作為重要調(diào)節(jié)因子通過反應(yīng)機(jī)制下丘腦-垂體-性腺軸產(chǎn)生作用。與特異性受體(GnRHR)結(jié)合，繼而引起垂體分泌生長繁殖相關(guān)激素(LH和FSH)，進(jìn)而促進(jìn)性腺的發(fā)育、成熟和動物的繁殖力。馬曉麗等[15]發(fā)現(xiàn),該基因在嶗山奶山羊中存在多態(tài)位點(diǎn)，且通過關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)與經(jīng)產(chǎn)母羊存在顯著關(guān)聯(lián)性。因此，GnRHR基因可能是影響嶗山奶山羊產(chǎn)羔性能的一個潛在的有效分子標(biāo)記。黃楊河等[16]通過檢測GnRHR基因單核苷酸多態(tài)性發(fā)現(xiàn)，在山羊GnRHR基因第1外顯子154位上的G-A單堿基突變可能有調(diào)節(jié)山羊繁殖性能的作用，可能影響山羊的繁殖率。綜上，GnRHR基因與山羊的繁殖能力有密切關(guān)系，可作為候選基因參與分子標(biāo)記輔助選擇以促進(jìn)山羊育種工作。

2.4 骨形態(tài)發(fā)生蛋白15(BMP15)

BMP15屬于TGFβ超家族的一種生長因子，在下丘腦與卵巢中表達(dá)，但下丘腦的表達(dá)量不高，MBP15通過增加顆粒細(xì)胞有絲分裂程度，降低顆粒細(xì)胞中促卵泡素受體的表達(dá)量，從而調(diào)節(jié)顆粒細(xì)胞的增殖和分化，在雌性哺乳動物繁殖過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。董新龍等[17]發(fā)現(xiàn),BMP15在高排卵率小尾寒羊中表達(dá)水平最低，預(yù)示著BMP15表達(dá)水平能夠影響母羊生殖過程中某些關(guān)鍵因子的作用,從而調(diào)控綿羊排卵數(shù)和產(chǎn)羔數(shù),并且表達(dá)量與產(chǎn)羔數(shù)呈負(fù)相關(guān)。綜上推測此基因可能與羊的排卵產(chǎn)羔數(shù)呈負(fù)相關(guān)，但也可能存在品種特異性。劉世佳等[18]分析綿羊BMP15基因與產(chǎn)羔數(shù)的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，BMP15 mRNA在國內(nèi)多羔品種湖羊母羊各組織均有表達(dá),且卵巢組織表達(dá)量顯著高于其他組織。關(guān)于BMP15基因的研究還有待深入，在不同品種羊的組織表達(dá)量與繁殖可能存在不同關(guān)系。

2.5 骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體1B(BMPR1B)

骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體1B(BMPR1B)是一種重要的跨膜受體蛋白，廣泛存在于機(jī)體各種組織中,但主要在卵巢中表達(dá)。湯繼順等[19]研究發(fā)現(xiàn),BMPR1B在綿羊黃體期卵巢中均高表達(dá)，而在小尾寒羊卵巢中高表達(dá)量可能與產(chǎn)羔數(shù)呈正相關(guān)。郭慧慧等[20]通過研究發(fā)現(xiàn)，杜寒綿羊群體中攜帶 FecB突變，這種突變使BMPR1B基因的第249位氨基酸由谷氨酰胺變成了精氨酸，該位點(diǎn)的等位基因G與杜寒綿羊高產(chǎn)羔數(shù)呈極顯著正相關(guān)。綜上，BMPR1B在小尾寒羊與杜寒綿羊中對提高產(chǎn)羔數(shù)存在促進(jìn)作用，可作為分子標(biāo)記對羊進(jìn)行輔助育種。

3 小結(jié)

牛羊的繁殖性狀受多種基因影響，不同基因的作用對象不同。在牛的繁殖性能方面，GDF-9能促進(jìn)卵丘細(xì)胞擴(kuò)散相關(guān)基因的表達(dá)以及對卵丘細(xì)胞有促進(jìn)增殖的作用[2]，卵丘對于卵母細(xì)胞成熟有極其重要的作用，卵丘擴(kuò)展影響卵母細(xì)胞成熟；在犏牛發(fā)育過程中睪丸組織中檢測不到DAZL基因表達(dá)信號，且犏牛睪丸組織切片表現(xiàn)出DAZL基因缺失的典型精子發(fā)生障礙表型[21]，DAZL基因可作為犏牛不育的候選基因；FSHR基因的突變類型在產(chǎn)雙胎的牛中覆蓋率高于單胎牛[22]，可能提高生雙胎的幾率﹑提高牛的繁殖率；RXRG基因本身在肌肉中表達(dá)，發(fā)生突變后在單雙胎牛分布差異顯著[8]，可能是影響魯西牛多胎性能的基因，表明相同基因在不同表達(dá)情況中發(fā)揮的作用不同；PR基因與PRLP基因?qū)＞拥拿芏取⒒盍Φ绕焚|(zhì)有明顯影響[10]，從而影響牛的繁殖性能。

在羊的繁殖性能方面，TSHR基因在常年發(fā)情與季節(jié)性發(fā)情品種羊的表達(dá)量存在差異，該基因可用于遺傳改良,從遺傳本質(zhì)上突破繁殖季節(jié)性束縛,實(shí)現(xiàn)常年發(fā)情或延長繁殖季節(jié)；在阿勒泰羊季節(jié)性發(fā)情與褪黑激素與受體的親和性有關(guān)，在夏季轉(zhuǎn)秋季過程中褪黑素分泌時間、數(shù)量增加，與受體的親和性增加，綿羊表現(xiàn)出發(fā)情，秋季末褪黑素與受體親和力下降而產(chǎn)生不應(yīng)性，而后日照時間增長褪黑素分泌受抑制，綿羊表現(xiàn)出乏情；GnRH分泌的增加以及垂體GnRHR濃度的升高促進(jìn)了哺乳動物排卵的發(fā)生；BMP15基因在多羔品種湖羊母羊卵巢表達(dá)量高于其他組織，但在高排卵率小尾寒羊中表達(dá)水平最低，可能存在品種特異性，在不同品種綿羊中不同的突變類型對繁殖性狀的影響不同；BMPRlB基因在調(diào)控成骨分化、細(xì)胞擴(kuò)散以及卵巢卵泡發(fā)育等過程中起重要作用[23]，影響卵泡發(fā)育與排卵，可作為增加排卵率的主效基因。

4 展望

隨著分子生物技術(shù)的高速發(fā)展，研究牛羊繁殖性狀相關(guān)基因，通過分子生物技術(shù)調(diào)整其在牛羊體內(nèi)的表達(dá)情況被認(rèn)為是提高牛羊繁殖性狀的有效途徑之一。但牛羊繁殖性狀想要獲得更大的提高仍存在很多問題，遺傳作為主要因素之一從根本上影響個體的繁殖性能。一方面，不同品種的牛羊在繁殖性狀方面各具優(yōu)點(diǎn)，保護(hù)種質(zhì)資源，提高原種的特有品質(zhì)是遺傳育種的基礎(chǔ)，具有優(yōu)良的遺傳資源才能獲得更多育種方面的選擇；另一方面，多種繁殖性狀候選基因間是否存在互作，能否出現(xiàn)協(xié)同作用使育種工作事半功倍將是遺傳育種的研究熱點(diǎn)，而目前還有很多相關(guān)基因仍需要繼續(xù)深入研究，對中國牛羊業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將具有十分重要的科學(xué)意義和巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。