牛催乳素基因多態(tài)性的研究進展

周 震，魏 勇，解津剛，彭夏雨

（1.石河子大學動物科技學院 832003；2.新疆天潤乳業(yè) 830000）

近年來，在國家和各級地方政府奶業(yè)振興計劃的推動下，全國奶業(yè)發(fā)展取得了可喜的成就?！?020中國奶業(yè)質(zhì)量報告》顯示，2019年中，我國全國奶產(chǎn)品產(chǎn)量達到3297.6萬t，位于全球第四位，其中規(guī)?；膛鲐暙I占絕對主導地位，據(jù)統(tǒng)計，2018年我國規(guī)模牛場數(shù)量已超過4000個，規(guī)模牛場存欄荷斯坦奶牛達550萬頭，占中國奶牛存欄量的76%（李勝利）。我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)雖然取得了長足的發(fā)展，但是，群體生產(chǎn)水平和效益與世界發(fā)達國家相比還存在一定的差距，尤其是育種方面還存在單產(chǎn)水平低、育種水平低、良種數(shù)量少、良種覆蓋率低等方面的問題。牛生產(chǎn)力性狀中產(chǎn)奶性狀是最重要的經(jīng)濟性狀，受微效多基因控制，是奶牛選育的重要方向。作為數(shù)量性狀，受環(huán)境和遺傳雙重影響，近年來的研究表明，泌乳相關(guān)激素如催乳素、雌激素、生長激素等對產(chǎn)奶性狀有著較大的影響[1]，而其中催乳素作為泌乳直接相關(guān)激素，其基因表達模式和分泌對產(chǎn)奶性狀有重要作用。

1 催乳素及其基因的結(jié)構(gòu)與功能

在牛上，催乳素是由垂體分泌的一種多肽類激素，它具有啟動和維持泌乳，促進乳腺和性腺發(fā)育的功能。催乳素基因位于23號常染色上，長度為8616bp，編碼區(qū)大小690bp，由5個外顯子和4個內(nèi)含子組成，這其中外顯子1大小28bp，外顯子2大小為182bp，外顯子3大小為108bp，外顯子4大小為180bp，外顯子5大小為192bp。共編碼229個氨基酸。催乳素在垂體釋放入血液后作用于靶細胞上的催乳素受體，啟動JAK2/STAT5信號傳導通路，從而作用于并激活STAT5信號傳導因子，促使其作用于乳蛋白基因啟動子的靶序列，啟動或者增強以乳蛋白基因啟動子為作用元件的靶基因表達[2]，曹新等[3]使用了Long PCR方法，擴增了大約9.4kb的DNA片段，構(gòu)建并轉(zhuǎn)染細胞，并在轉(zhuǎn)染的細胞中檢測到牛PRL的mRNA。

圖1 牛催乳素基因（PRL）結(jié)構(gòu)圖

2 催乳素基因多態(tài)性研究

眾多研究證明，PRL基因在許多國家不同品種牛中都存在多態(tài)性，且該多態(tài)性與產(chǎn)奶量、乳脂率、乳蛋白量等產(chǎn)奶性狀有關(guān)。

BRYM[4]用PCR-SSCP和測序方法在牛催乳素遠端啟動子區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個新的單核苷酸多態(tài)性。結(jié)果表明，AA基因型牛垂體催乳素基因表達水平高于GG基因型牛。

劉瑞鑫等[5]對44頭娟姍牛的PRL外顯子2和外顯子4進行研究。發(fā)現(xiàn)基因型組合A2G2A4A4的個體的產(chǎn)奶性狀優(yōu)于其他3種基因型組合的個體，差異顯著（P＜0.05）。這表明了在娟姍牛群體中催乳素基因的突變與產(chǎn)奶性狀具有關(guān)聯(lián)性。

周國利等[6]對奶牛PRL基因外顯子3的RsaⅠ位點進行酶切分型，結(jié)合產(chǎn)奶性狀來看可以得出，AB的產(chǎn)奶性狀略高于AA。O?UZKAN S B[7]研究了催乳素基因外顯子3的多態(tài)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)被檢測種群處于哈代-溫伯格平衡狀態(tài)，Singh等[8]研究了PRL內(nèi)含子3和β-球蛋白基因的外顯子4和內(nèi)含子4之間的跨越區(qū)域，發(fā)現(xiàn)Frieswal奶牛PRL的AA基因型頻率高于AB和BB。PRL中的AA和BB基因型以及BLG中的AB和BB基因型可能更適合于提高產(chǎn)奶量。

王麗娟等[9]第4外顯子8398位點進行分析，結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在泌乳Ⅱ期AG基因型的產(chǎn)奶量極顯著高于GG基因型，但是在乳蛋白率和線性評分方面，則是GG基因型顯著高于AG基因型。在泌乳Ⅰ期和Ⅱ期的其余方面相比較，則3種基因型相互之間比較差異不大（P＞0.05）。MEYER L等[10]以安格斯秋季產(chǎn)奶奶牛為材料研究了催乳素（PRL）基因型和單倍型對表型性狀的影響發(fā)現(xiàn)6種單倍型（CAG、TAA、CTG、TTA、TAG、TTG）這表明與牛Prl基因相關(guān)的突變可以作為替代牛的早期選擇工具。

李崢等[2]研究了荷斯坦奶牛催乳素基因5′側(cè)翼區(qū)調(diào)控序列，結(jié)果顯示，在該序列的906位點處存在突變，該位點多態(tài)對荷斯坦牛的產(chǎn)奶量以及乳脂率均有影響。但是賈祥捷在相同位點做了同樣的試驗，結(jié)果不太一樣?？赡苁怯捎谠囼炚`差所致。李吉濤[11]對牛催乳素的5’調(diào)控區(qū)針對乳蛋白率進行了分析，AA與BB相對比差異極顯著，這二者分別于AB基因型相比較則差異不顯著。另外，在頭胎牛中，并沒有出現(xiàn)AA的基因型，推測是由于樣本過少，后期可擴大樣本數(shù)量進行補充。除此之外他還對催乳素基因進行了酶切分型[12]，3種基因型的產(chǎn)奶量均差異顯著，且BB＞AB＞AA，說明了B為優(yōu)勢基因；在乳蛋白率方面，基因型對其有著極顯著的影響，這說明催乳素基因?qū)δ膛．a(chǎn)奶性狀有著重要的影響。Uddin等[13]在四個巴基斯坦牛品種的DNA序列中，共鑒定了16個不同的SNP位點。 這些SNP位點可能與牛奶的品質(zhì)有關(guān)。Rincón J C[14]針對荷斯坦奶牛PRL的RsaⅠ位點和bGH基因的MspⅠ位點的多態(tài)性進行了研究，結(jié)果顯示bGH基因內(nèi)含子3的MspI多態(tài)性對牛奶產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量有顯著影響。為了確定催乳素基因的影響，應該在更大的樣本量和基因型更平衡的動物群體中進行研究。

3 展望

近年來我國奶業(yè)發(fā)展迅速，在《2020中國奶業(yè)質(zhì)量報告》中，2019年我國現(xiàn)存欄奶牛1045萬頭，單產(chǎn)達到8.3t，但是與西方國家相比還是存在很大的差距。常規(guī)的選育技術(shù)存在時間跨度長，效率低、進展慢的缺點，僅僅依賴常規(guī)選育方法，短期內(nèi)無法改變我國主要奶牛群遺傳水平差、育種效率低、生產(chǎn)周期長、與國外品種差距顯著的根本局面，已遠遠不能滿足我國奶業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。因此應用分子標記輔助選擇（MAS，marker-assisted selection）是有必要的。它可以從分子水平上快速準確地分析個體的遺傳組成，從而實現(xiàn)對基因型的直接選擇，進行分子育種，可有效加快育種進程。而在分子育種方面，前人對于催乳素基因的研究多集中在結(jié)合生產(chǎn)性狀進行單個多態(tài)位點的分析，在研究方法上多選擇PCR-RFLP方法，此方法操作簡單，容易出結(jié)果，缺點是需要酶切位點，現(xiàn)如今也可以利用人為制造堿基的突變來引入新的酶切位點，使該方法的缺點得到了改進。今后對于催乳素基因多態(tài)性的研究可逐步涉及到多個多態(tài)位點，并結(jié)合相應的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，從遺傳基因的角度來揭示催乳素基因和生產(chǎn)性狀的關(guān)聯(lián)性，本課題組使用PCR-SSCP的方法對催乳素基因的2個外顯子進行分析，該方法擁有檢測突變分辨力高的特點，可為分子育種提供理論依據(jù)。