牦牛肉質(zhì)性狀相關(guān)候選基因研究進(jìn)展

胡金麗，莊 蕾，吳 森,,3*

（1.青海大學(xué)省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016；2.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海西寧 810016；3.青海省高原家畜遺傳資源保護(hù)與創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016）

牦牛（Bos mutus）素有“高原之舟”的美稱，在我國主要分布于海拔3 000～5 000 m 的青藏高原及其毗鄰的高山或亞高山地區(qū)[1]。極強(qiáng)的高海拔適應(yīng)能力、抗寒、耐粗飼等優(yōu)良特性使牦牛成為青藏高原地區(qū)農(nóng)牧民重要的生產(chǎn)生活物資來源，特別是一些馴化品種（品系），其乳、肉、役等方面應(yīng)用價(jià)值得到了進(jìn)一步提高。在肉用方面，牦牛肉味道鮮美，具有低脂肪、高蛋白、富含多種重要的維生素和礦物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)[2]，但牦牛生長緩慢，存在肌肉發(fā)育遲緩、脂肪沉積效率低、嫩度差、口感粗糙等問題，不利于青藏高原地區(qū)牦牛肉制品生產(chǎn)開發(fā)。除了受環(huán)境、營養(yǎng)條件限制外，畜禽肉品質(zhì)性狀還受到多基因調(diào)控影響。研究者們已通過高通量測序、分子輔助標(biāo)記等手段篩選、鑒定出了一系列可能調(diào)控牦牛生長發(fā)育的關(guān)鍵性調(diào)控基因[3-11]，這些基因作為未來牦牛定向分子育種的候選基因，或可成為牦牛品質(zhì)改良的關(guān)鍵。本文綜述了已鑒定出的牦牛肉品質(zhì)相關(guān)候選基因的研究進(jìn)展，以期為后續(xù)牦牛選育改良、分子育種等工作提供參考。

1 影響牦牛肉品質(zhì)性狀相關(guān)候選基因

牦牛的肉品質(zhì)性狀是多個(gè)基因相互調(diào)控、表達(dá)的結(jié)果。與牦牛肉品質(zhì)相關(guān)的候選基因有心脂肪酸結(jié)合蛋白（Heart Fatty Acid Binding Protein，H-FABP）、脂 肪酸合成酶（Fatty Acid Synthase，F(xiàn)ASN）、鈣蛋白酶抑制蛋白（Calpastatin，CAST）、鈣蛋白酶1（CAPN1）激素敏感脂酶（Hormone-Sensitive Triglyceride Lipase，HSL）、瘦素（Leptin）、錨定蛋白（Ankyrin1，ANK1）、肌肉生長抑制素（Myostatin，MSTN）、生肌調(diào)節(jié)因子（MRFs）等[3-11]。

1.1H-FABP基因 H-FABP 又叫FABP3，是脂肪酸結(jié)合蛋白超家族（FABPs）的一員，于1972 年被學(xué)者發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今被廣泛地應(yīng)用于心肌損傷的早期診斷[12]。牦牛H-FABP基因由4 個(gè)外顯子和3 個(gè)內(nèi)含子組成，編碼序列全長為402 bp，與黃牛H-FABP基因相似度較高，功能保守[13]。大量研究表明，H-FABP基因是影響畜禽肉品質(zhì)的主效基因[14]，它可以和過氧化物酶體增殖物激活受體（Per-Oxisome Proliferator Activated Receptors，PPARs）相互作用，調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)葡萄糖和脂肪的平衡[15]。作為一種脂肪酸載體蛋白，F(xiàn)ABP 通過結(jié)合作用將脂肪酸從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)三酰甘油、磷脂的合成部位，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)脂肪濃度，改變動(dòng)物細(xì)胞肌內(nèi)脂肪（Intramuscular Fat，IMF）含量[16]，IMF 含量的改變又與肌肉嫩度、眼肌面積和大理石花紋等肉質(zhì)指標(biāo)密切相關(guān)。曹健[17]研究發(fā)現(xiàn)，H-FABP和A-FABP會(huì)影響甘南牦牛的嫩度和眼肌面積等指標(biāo)。相似地，研究者們?cè)谄渌笄萆系玫搅祟愃频脑囼?yàn)結(jié)果。有研究發(fā)現(xiàn)H-FABP基因外顯子SNP 可使畜禽的體尺性狀得到提升，胸圍和體重指標(biāo)表現(xiàn)更加優(yōu)異[18]。此外，控制飼料的營養(yǎng)水平可以調(diào)控H-FABP表達(dá)量，低營養(yǎng)水平日糧能提升動(dòng)物多項(xiàng)肉品質(zhì)性狀指標(biāo)，且基因表達(dá)量與IMF 呈一定的正相關(guān)[19]。但張梅[20]研究發(fā)現(xiàn)，在雞的生長發(fā)育過程中，H-FABP表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，與雞肌肉中IMF 顯著負(fù)相關(guān)，這一結(jié)果與曹健[17]、孫瑞萍等[19]的研究結(jié)果相悖?？梢姡煌锓N間的H-FABP基因與肉品質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)存在一定品種差異，在牦牛育種篩選過程中要注意品種特異性。

1.2FASN基因 脂肪酸的含量與組成是肉品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。FASN 是脂肪酸合成途徑中一種重要的多功能蛋白酶，它是由2 個(gè)272 ku 的多功能肽聚合而成的同型二聚體[21]，通過催化乙酰、丙二酸單酰和NADPH（還原型輔酶II）實(shí)現(xiàn)脂肪酸的合成[22]。FASN 在NADPH 存在的前提下，聯(lián)合乙酰輔酶A 和丙二酸單酰輔酶，消耗底物合成軟脂酸（16:0）[23]，影響肌內(nèi)脂肪沉積。因此，F(xiàn)ASN基因或可以作為影響牦牛脂肪沉積的關(guān)鍵候選基因。研究表明，牦牛背最長肌中FASN基因表達(dá)量與肌肉中C10:0 脂肪酸含量極顯著正相關(guān)[24]。FASN的SNP 被發(fā)現(xiàn)與肌肉中硬脂酸、花生四烯酸、二羥甲基-γ-亞麻酸含量存在一定相關(guān)性，其中花生四烯酸與FASN-CC 基因型的相關(guān)性最強(qiáng)，具有加性效應(yīng)，估計(jì)平均值最高[25]。相似地，Dongyep 等[26]發(fā)現(xiàn)FASN基因的SNP 可以明顯改變脂肪酸含量，與大理石花紋得分顯著正相關(guān)。此外，洪志勇[27]發(fā)現(xiàn)FASN基因的SNPs 對(duì)肉品質(zhì)性狀影響顯著，且不同多態(tài)位點(diǎn)對(duì)多個(gè)肉質(zhì)性狀的效應(yīng)不同。通過現(xiàn)有的關(guān)聯(lián)性分析發(fā)現(xiàn)，未來研究中進(jìn)一步驗(yàn)證FASN基因?qū)﹃笈＜∪獾姆肿诱{(diào)控機(jī)制，是解密牦牛肌內(nèi)脂肪沉積模式的關(guān)鍵。

1.3 鈣蛋白酶系統(tǒng) 鈣蛋白酶屬于蛋白質(zhì)水解酶，能夠調(diào)節(jié)肌肉中蛋白質(zhì)的水解與合成，在畜禽屠宰后肌肉嫩化過程中發(fā)揮重要作用[28]。鈣蛋白酶系統(tǒng)主要由鈣蛋白酶抑制蛋白（Calpastatin，CAST）、鈣蛋白酶（CAPN）和骨骼肌特異性鈣蛋白酶（P94）組成。CAPN 可降解蛋白質(zhì)，而CAST 作為機(jī)體內(nèi)源性抑制劑，其第2～5結(jié)構(gòu)域中的A、C 保守區(qū)，通過與CAPN 的第4、第6結(jié)構(gòu)域緊密結(jié)合，發(fā)揮調(diào)節(jié)CAPN 活性的作用[29]。大量的研究表明，鈣蛋白酶系統(tǒng)與肉的嫩度密切相關(guān)。潘紅梅[30]對(duì)甘南牦牛CAPN3基因多態(tài)性與胴體、肉品質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，SNP 導(dǎo)致了3 個(gè)氨基酸錯(cuò)義突變，且其突變可能與牦牛胴體重及肉品質(zhì)性狀相關(guān)。牛曉亮[31]也指出甘南牦牛的CAPN4和CAST基因存在多個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，SNPs 與牦牛的胴體和肉品質(zhì)性狀顯著相關(guān)。近幾年研究還發(fā)現(xiàn)，A-FABP、H-FABP、ADSL（adenylosuccinate lyase）、CAPN1和CAST多基因聯(lián)合影響肉類的風(fēng)味、鮮味和嫩度[32]。如華金玲[33]指出CAPN1、CAST基因多態(tài)性與牛的肌肉嫩度顯著性相關(guān)。馬麗娜[34]也發(fā)現(xiàn)提高飼料中蛋白質(zhì)水平，灘羊肌肉中CAPN1、CAPN2表達(dá)量和嫩度表現(xiàn)出一致的先降低后升高的趨勢(shì)。CAST基因?qū)ζ渌馄焚|(zhì)性狀也有影響，如孫立彬[35]指出CAST基因的多態(tài)性與背膘厚度顯著性相關(guān)，野生突變型群體背膘厚度可達(dá)1.45 cm，相比非突變型群體，背膘厚度顯著下降。以上關(guān)于CAPN和CAST基因的研究說明，鈣蛋白酶對(duì)畜禽的嫩度、背膘厚度有重要意義，可以作為牦牛改善和提高肉質(zhì)過程中育種輔助標(biāo)記的候選基因。

1.4HSL基因 HSL 是脂肪代謝途徑中限制組織內(nèi)二?；视秃湍懝檀减ニ馑俾实南匏倜?。生物體內(nèi)的三酰甘油（Triacylglycerol，TAG）在甘油脂肪酶和激素敏感脂酶的作用下逐步分解為二酰甘油（Diacylglycerol，DAG）、單酰甘油，最后生成脂肪酸和甘油[36]，為機(jī)體提供脂肪合成所需的原料和能量。HSL是對(duì)肉品質(zhì)性狀有重要意義的候選基因，長期以來受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。麥洼牦牛HSL基因外顯子7 上僅有A6816G基因和管圍極顯著相關(guān)，這間接說明牦牛肉品質(zhì)性狀與生長速度間存在不利關(guān)系[37]。大量研究表明HSL基因與IMF 沉積密切有關(guān)。張海波等[9]發(fā)現(xiàn)，牦牛通過抑制脂肪分解相關(guān)基因（HSL和CPT-1）的表達(dá)提高IMF 含量，進(jìn)而提高牦牛肉的嫩度，改善肉品質(zhì)。欒兆進(jìn)[38]指出FAM134B（Family With Sequence Similarity 134，member B）、FAS基因的表達(dá)可能會(huì)促進(jìn)IMF的沉積，而PPARγ（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor Gamma）、HSL基因?qū)MF 的沉積可能存在一定的抑制作用。有研究發(fā)現(xiàn)，牦牛體內(nèi)HSL和CPT-1的活性、表達(dá)量均顯著高于犏牛，這可能是其嫩度較差的原因之一[39]。在牦牛生長發(fā)育的過程中HSL基因通過抑制IMF 沉積影響肉的嫩度，因此可以將HSL基因作為影響牦牛肉品質(zhì)性狀的候選基因。

1.5Leptin基因 瘦素是一種由脂肪組織分泌的蛋白質(zhì)類激素，作為抑脂信號(hào)，它通過作用于下丘腦的Neuropeptide-Y 神經(jīng)元發(fā)揮其調(diào)節(jié)動(dòng)物食欲，參與基礎(chǔ)代謝和影響胴體脂重量的功能[7]。Leptin基因與脂肪的關(guān)聯(lián)一直是動(dòng)物肉品質(zhì)性狀研究的重點(diǎn)，牦牛背最長肌中Leptin基因第2 和第3 外顯子上有7 個(gè)SNPs，其中4 個(gè)錯(cuò)義突變會(huì)影響肌肉脂肪中飽和脂肪酸的組成和去飽和作用[7]。姜長生[40]發(fā)現(xiàn)新疆褐牛Leptin基因的SNP 與IMF 含量、剪切力極顯著相關(guān)；Fiona 等[41]發(fā)現(xiàn)牛Leptin基因第2 外顯子的SNP 與體脂肪沉積性密切相關(guān)，T 等位基因與較胖的胴體相關(guān)，C 等位基因與瘦肉型胴體相關(guān)；Lagonigro[42]就牛Leptin基因的多態(tài)性與采食量、脂肪相關(guān)性狀之間的關(guān)聯(lián)研究，進(jìn)一步證明Leptin基因能調(diào)節(jié)動(dòng)物食欲，并與某些脂肪相關(guān)性狀存在一定聯(lián)系。此外，于太永[43]指出Leptin可能參與骨骼肌成肌細(xì)胞生長發(fā)育早期階段肉嫩度的調(diào)控。由此可見，Leptin基因的單核苷酸多態(tài)性、功能和不同畜種的肉品質(zhì)性狀存在一定的相關(guān)性，可以將之作為牦牛選育改良過程中輔助標(biāo)記的候選基因。

1.6ANK1基因 ANK1 是一種銜接蛋白，相對(duì)分子量為190～220 ku，在體內(nèi)起固定或銜接細(xì)胞骨架與其他細(xì)胞器的作用。目前關(guān)于ANK1 基因的研究多與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)，而對(duì)肉品質(zhì)的研究鮮有報(bào)道。陳海青等[44-45]首個(gè)對(duì)ANK1基因SNPs 和牦牛肉品質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)ANK1基因多態(tài)性與甘南牦牛部分胴體及肉品質(zhì)性狀顯著相關(guān)，且相關(guān)性受到年齡的影響。研究發(fā)現(xiàn)，ANK1基因在幼嫩肌肉和強(qiáng)韌肌肉之間存在極顯著性差異，且ANK1基因與肉質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)比CAPN1基因更為緊密[46]。ANK1基因?qū)ζ渌馄焚|(zhì)性狀也有影響。如Horodyska[47]指出ANK1基因SNP 與嫩度、IMF、肉色、多汁性等多個(gè)指標(biāo)存在相關(guān)性，其中，SNP6 與質(zhì)地評(píng)分相關(guān)，SNP17 與多汁性相關(guān)，單倍型（cHAP）1 與亮度、紅色、極限pH 以及肌節(jié)長度有關(guān)。目前，國內(nèi)對(duì)ANK1基因的研究主要集中于醫(yī)療，對(duì)于肉品質(zhì)性狀等基礎(chǔ)性研究的探索仍然處于起步階段，ANK1等位基因可能是基因輔助選擇改良牦牛肉品質(zhì)性狀的潛在靶點(diǎn)。

1.7MSTN基因 MSTN 又稱生長分化因子-8，在骨骼肌生長過程中起負(fù)調(diào)控作用，與畜禽的凈肉率、胴體重等肉品質(zhì)性狀密切相關(guān)。近些年發(fā)現(xiàn)，MSTN基因內(nèi)含子2 中的SNP 與牦牛多個(gè)生長性狀和肉用指數(shù)顯著相關(guān)，野生突變型牦牛的胸圍、體質(zhì)量、胸圍指數(shù)和肉用指數(shù)等性狀顯著優(yōu)于非突變型牦牛[48]。這可能是因?yàn)镻GC-1α（Peroxisome Proliferator-Activated ReceptorγCoactiva-Tor-1）、MSTN和CAST基因聯(lián)合調(diào)控影響肌纖維生長發(fā)育，進(jìn)而影響肌肉嫩度、色澤、IMF 含量等肉品質(zhì)性狀[49]。如Li 等[50]研究發(fā)現(xiàn)，MSTN突變能改善胴體組成、提高瘦肉率、降低背膘厚度、增加背最長肌面積以及降低IMF 含量；張琳等[51]研究發(fā)現(xiàn)，MSTN基因通過對(duì)前體脂肪細(xì)胞的負(fù)調(diào)控作用抑制PPAR-γ、ACC（Acetyl-CoA CArboxylase）和FAS基因表達(dá)，繼而抑制脂肪的分化、合成，從而影響動(dòng)物肌肉發(fā)育，影響肉品質(zhì)。由此可見，MSTN基因?qū)θ馄焚|(zhì)具有一因多效的作用，可以作為牦牛肉品質(zhì)性狀的候選基因。

1.8 MRFs 家族基因 MRFs 家族又叫生肌決定因子（MyoD），主要發(fā)揮調(diào)控肌肉生長發(fā)育的作用[52-53]，在肌肉分化過程中通過調(diào)控肌細(xì)胞的融合和纖維的形成影響肉質(zhì)性狀[54]。MRFs家族有4 種不同的肌肉特異性基因，分別是生肌決定因子（MyoD）、肌細(xì)胞生成素（MyoG）、生肌因子5（Myf-5）和MRF4（Myf-6）[55]。MyoG基因的多態(tài)性已被證實(shí)與牦牛體高顯著相關(guān)，可以作為體尺性狀標(biāo)記的候選基因[56]；MyoD基因SNP也被證實(shí)與IMF 存在關(guān)聯(lián)性[57]。此外，通過控制飼糧營養(yǎng)水平可以提高生肌因子（Pax3、Myf-5、MyoG和Mrf4）的表達(dá)量，增加動(dòng)物背最長肌中氧化型肌纖維表達(dá)的同時(shí)，減少其酵解型肌纖維的表達(dá)，進(jìn)而達(dá)到提高肌肉嫩度、改善肉品質(zhì)的目的[58]。還有研究發(fā)現(xiàn)，MRFs基因?qū)ζ渌馄焚|(zhì)性狀也有影響。如任霆[59]研究發(fā)現(xiàn)，CAST和MyoD基因SNP 與巴美肉羊色澤、剪切力都顯著性相關(guān)；Myf6基因mRNA 表達(dá)量也被證實(shí)與紅度值、黃度值、凈肉率和胴體重顯著正相關(guān)，與亮度、屠宰率顯著負(fù)相關(guān)[60]。目前，國內(nèi)外對(duì)MRFs基因與不同畜種肉品質(zhì)的相關(guān)性研究進(jìn)一步證實(shí)，該基因與肉品質(zhì)性狀密切相關(guān)，未來或可將MRFs家族基因作為牦牛育種中輔助標(biāo)記、篩選的候選基因。

1.9 其他基因 除了上述候選基因，還有許多基因正處于相關(guān)性驗(yàn)證的起步階段。如焦斐等[61-62]研究發(fā)現(xiàn)，PRKAG3（the Protein Kinase Adenosine Monophosphate-Activatedγ3-subunit）基因SNP 僅與部分牦牛失水率存在一定關(guān)聯(lián)，而與其他肉品質(zhì)性狀無相關(guān)性，該試驗(yàn)結(jié)果存在一定爭議，仍需進(jìn)一步驗(yàn)證；陳彥麗[63]就STAT5A（Signal Transducers and Activators of Transcription 5）基 因和THRSP（Thyroid Hormone Responsive spot 14）基因的多態(tài)性對(duì)甘南牦牛的乳品質(zhì)和胴體形狀的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同胎次甘南牦牛的乳品質(zhì)以及不同年齡段甘南牦牛胴體重存在顯著性差異；劉東花等[64]指出，牦牛背最長肌中HSPB6（Heat Shock Protein Beta-6）基因mRNA 表達(dá)水平顯著高于黃牛，這可能是牦牛肉嫩度較差的原因之一；陳露露等[65]探究了牦牛MDH II（Mitochondrial Malate Dehydrogenase）基因與脂代謝候選基因CPT-1的關(guān)聯(lián)，推測MDH II基因可能也參與了脂代謝調(diào)控。牦牛的肉品質(zhì)性狀是多個(gè)基因共同調(diào)控的結(jié)果，且調(diào)控機(jī)制較為復(fù)雜，甚至有些基因尚待挖掘，因而在探究牦牛肉品質(zhì)性狀與各基因之間的關(guān)聯(lián)、各基因的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控關(guān)系、精確驗(yàn)證基因的調(diào)控功能等方面仍需進(jìn)一步研究。

2 總結(jié)與展望

學(xué)者們通過PCR-RELP 和PCR-SSCP 分子輔助標(biāo)記技術(shù)對(duì)牦牛H-FABP、FASN、CAST、CAPN1、HSL、Leptin、ANK1、MSTN、MRFs等多個(gè)基因進(jìn)行研究，探討了基因克隆測序、基因多態(tài)性及其與肉品質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)性。目前，對(duì)于牦牛肉品質(zhì)的關(guān)鍵性調(diào)控基因的研究還不夠深入，其功能和調(diào)控機(jī)制仍然需要進(jìn)一步探索；此外，個(gè)別基因?qū)θ馄焚|(zhì)性狀的調(diào)控功能還存在爭議，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。究其原因可能與高原惡劣的環(huán)境、科研人員不足、牦牛樣品采集不便以及成本昂貴密切相關(guān)。雖然現(xiàn)階段的技術(shù)手段、試驗(yàn)方法對(duì)生物體中復(fù)雜分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的解析仍不透徹，相關(guān)研究結(jié)果仍需驗(yàn)證，具體機(jī)制仍需深入解析，但是，我們相信未來在新技術(shù)、新方法、新手段的支持下，牦牛選育改良相關(guān)工作必能迎來新突破。