牛羊乳房炎抗性育種研究進(jìn)展

張生偉，高小莉

（1.甘肅省農(nóng)民教育培訓(xùn)工作總站，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

乳房炎是動(dòng)物機(jī)體在環(huán)境、管理、病原微生物、遺傳等各種因素的刺激下，乳腺組織發(fā)生的一種炎癥性反應(yīng)，是所有產(chǎn)奶動(dòng)物都可發(fā)生的一種疾病，但以牛羊最為常見(jiàn)。乳房炎導(dǎo)致動(dòng)物產(chǎn)奶量下降、乳品質(zhì)降低，甚至影響動(dòng)物的繁殖性能。目前，盡管在牛羊乳房炎發(fā)病因素、臨床診斷和抗生素治療等方面取得了一定進(jìn)展，但牛羊乳房炎致病的分子機(jī)理仍不清楚。在畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程中，只有利用分子生物學(xué)育種新技術(shù)從遺傳學(xué)角度選育對(duì)乳房炎具有抗性的新品種，才是消除乳房炎最有效的方法。

1 SNP技術(shù)在牛羊乳房炎抗性育種中的應(yīng)用

SNP（單核苷酸多態(tài)性）是基因組核苷酸水平上的變異引起的基因組DNA序列多態(tài)性，當(dāng)前SNP技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物分子育種，具有檢測(cè)方便、代表性強(qiáng)和穩(wěn)定遺傳等優(yōu)點(diǎn)[1]。抗菌肽是動(dòng)物先天性免疫的重要效應(yīng)因子，是機(jī)體抵御病原微生物入侵的第一道防線[2]。研究發(fā)現(xiàn)，抗菌肽GNLY基因在不同品種綿羊中存在豐富的多態(tài)性，其GC16中的SNP與綿羊乳房炎的抗性有極大關(guān)聯(lián)，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌及沙門(mén)氏菌具有一定的抑制作用[3]。因此，GNLY基因的SNPs主要通過(guò)抑制各種病原菌的入侵，抑制牛羊乳房炎的發(fā)生，該基因可作為牛羊乳房炎抗性育種的輔助標(biāo)記。CACNA2D1基因在動(dòng)物肌肉生理中起著重要作用，該基因突變會(huì)導(dǎo)致一系列動(dòng)物遺傳性疾病的發(fā)生[4]。王夢(mèng)琦等[5]利用飛行質(zhì)譜法發(fā)現(xiàn)LF基因5'-UTR區(qū)有2個(gè)SNPs，并利用多因素方差分析法對(duì)866頭中國(guó)荷斯坦奶牛的泌乳性狀和臨床乳房炎發(fā)生次數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LF-131C＞T位點(diǎn)對(duì)SCS有極顯著影響。因此，CACNA2D1和LF基因也可用于牛羊乳房炎抗性育種的分子輔助標(biāo)記。雖然通過(guò)檢測(cè)分析抗牛羊乳房炎相關(guān)基因的SNPs，可以確定影響牛羊乳房炎的相關(guān)功能基因，提高牛羊乳房炎抗性育種的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。但牛羊乳房炎抗性育種中多基因作用于同一性狀、同一基因的不同等位基因之間的關(guān)聯(lián)性狀的效應(yīng)不同，所以SNP技術(shù)在分子育種中還需進(jìn)一步研究。

2 通過(guò)篩選候選基因進(jìn)行牛羊乳房炎抗性育種

目前，對(duì)于乳房炎候選基因的研究主要集中在奶牛上，研究者通過(guò)候選基因篩選，篩選出了HSP70、Toll樣受體家族基因、MHC基因等多個(gè)乳房炎抗性基因。在綿羊乳房炎研究中也發(fā)現(xiàn)了一些與其相關(guān)的基因，爾來(lái)西肯·賽都力等[6]對(duì)湖羊乳房炎發(fā)病率的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，趨化因子及其受體在誘發(fā)炎癥反應(yīng)中起重要作用，可清除病原微生物，修復(fù)組織損傷。CXCR1基因是IL-8的受體之一，李旺平等[7]研究發(fā)現(xiàn)CXCR1基因的mRNA在臨床型綿羊乳房炎的乳腺組織中表達(dá)較高，且在miRNAs的作用下，通過(guò)與其受體結(jié)合，誘導(dǎo)炎性細(xì)胞向病變部位遷移，并發(fā)揮相應(yīng)作用。王夢(mèng)琦等[8]對(duì)奶牛的研究也發(fā)現(xiàn)，CXCR1基因的一個(gè)SNP位點(diǎn)816（A＞C）與奶牛臨床乳房炎的發(fā)生次數(shù)顯著相關(guān)，表明該基因可作為牛羊乳房炎抗性育種的關(guān)鍵候選基因。研究發(fā)現(xiàn)，干擾或超表達(dá)奶山羊乳腺上皮細(xì)胞中的CD36后，下游炎癥反應(yīng)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NF-κB和AP-1被激活，且干擾或者缺失CD36脂肪酸結(jié)合區(qū)域時(shí)，GLA在抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中的功能將會(huì)減弱，同時(shí)影響NF-κB的活性及下游炎性因子的表達(dá)[9]。因此，CD36可作為牛羊乳房炎抗性育種的關(guān)鍵基因。李討討等[10]對(duì)牛羊乳房炎轉(zhuǎn)錄組結(jié)果的富集分析發(fā)現(xiàn)，TLR1、TLR2、TLR4、TLR7和TLR10基因在牛羊乳房炎發(fā)生過(guò)程中均能發(fā)揮作用，因此這些基因可作為牛羊乳房炎抗性育種的關(guān)鍵候選基因進(jìn)行進(jìn)一步研究。

在畜牧業(yè)育種實(shí)踐中，把牛羊抗乳房炎基因作為遺傳標(biāo)記進(jìn)行輔助選擇，可選育出對(duì)乳房炎具有強(qiáng)抗病力及產(chǎn)乳量多的個(gè)體，不僅能減少治療乳房炎的經(jīng)濟(jì)成本，還能增加產(chǎn)乳量，提高養(yǎng)殖效益。但目前很多抗牛羊乳房炎候選基因的具體遺傳機(jī)制仍不明確，對(duì)其分子標(biāo)記也知之甚少，對(duì)綿羊乳房炎的抗性研究較少，受遺傳因素和環(huán)境因素的影響，牛羊抗乳房炎候選基因的研究工作還存在一定難度。牛羊乳房炎為多基因共同調(diào)控性狀，多個(gè)基因之間的相互作用加大了候選基因篩選及抗病育種工作的難度，牛羊乳房炎抗病育種時(shí)除了篩選關(guān)鍵候選基因和分子標(biāo)記輔助選擇外，還需結(jié)合表觀遺傳等其他技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步探究。

3 從表觀遺傳學(xué)角度進(jìn)行牛羊乳房炎抗性育種

研究發(fā)現(xiàn)，基因組含有兩類遺傳物質(zhì)，除了傳統(tǒng)意義上的DNA遺傳信息以外，還有一些基因組DNA的修飾信息，即表觀遺傳調(diào)控。包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA和染色質(zhì)重塑等。很多研究表明，表觀遺傳出現(xiàn)異常調(diào)控與動(dòng)物炎癥性疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，因此很多學(xué)者開(kāi)展了表觀遺傳在牛羊乳房炎調(diào)控方面的科學(xué)研究。

在真核生物眾多的表觀調(diào)控中，DNA甲基化作為常見(jiàn)的機(jī)制之一，不僅具有個(gè)體特異性，還可以穩(wěn)定遺傳，對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)、繁殖及疾病等有重要影響[11]。Song等[12]對(duì)奶牛外周血淋巴細(xì)胞進(jìn)行全基因組甲基化和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)存在甲基化變化的差異表達(dá)基因共58個(gè)，其中神經(jīng)調(diào)節(jié)素1（NRG1）、巨噬細(xì)胞刺激1（MST1）和N-乙酰轉(zhuǎn)移酶9（NAT9）等基因參與乳房炎感染相關(guān)過(guò)程，可作為提高牛乳房炎抗性的分子標(biāo)記。因此，對(duì)牛羊乳房炎抗性基因DNA甲基化的研究，可以為乳房炎抗病育種提供理論依據(jù)。

染色質(zhì)的基本組成單元（核小體）由DNA和組蛋白構(gòu)成，其中組蛋白是染色質(zhì)的核心蛋白質(zhì)，其N-末端氨基酸殘基可通過(guò)多種化學(xué)修飾（甲基化、乙?；龋┱{(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄和抑制，在很多腫瘤的生長(zhǎng)增殖中起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，如前列腺癌、乳腺癌、肺癌和肝癌等[13]。

miRNA是一類小型、內(nèi)源性的非編碼RNA，是生物基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，參與細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、分化、凋亡等過(guò)程，對(duì)機(jī)體炎癥免疫調(diào)控具有重要意義，是感染乳房炎期間免疫相關(guān)基因表達(dá)水平的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑[14]。Ju等[15]通過(guò)Solexa測(cè)序的方法分析金黃色葡萄球菌感染乳房炎過(guò)程中miRNA的變化情況，共檢測(cè)到277個(gè)已知miRNA和49個(gè)新miRNA，其中有29個(gè)差異表達(dá)的miRNA可能是影響金黃色葡萄球菌感染乳腺組織后對(duì)免疫系統(tǒng)及在乳房炎組織損傷和修復(fù)中起重要作用的調(diào)節(jié)性miRNA。但每個(gè)差異表達(dá)的miRNA在乳房炎發(fā)生過(guò)程中的具體作用并不清楚。因此，鑒定與炎癥和免疫反應(yīng)相關(guān)的miRNA靶基因和與miRNA相關(guān)的SNP，對(duì)闡明乳房炎易感性的分子機(jī)制至關(guān)重要。miRNA中的SNP及其靶基因結(jié)合位點(diǎn)會(huì)影響miRNA的功能，并參與其生物學(xué)過(guò)程。

4 展望

當(dāng)前，應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)在牛羊抗乳房炎性狀的選育研究方面有很大進(jìn)展，但在牛羊抗乳房炎抗性育種方面仍有很多問(wèn)題亟待解決。在分子遺傳學(xué)快速發(fā)展的時(shí)代，對(duì)牛羊乳房炎表型信息具有影響的基因序列也將被逐漸解碼。要綜合考慮表觀遺傳標(biāo)記和遺傳分子標(biāo)記雙因素，篩選牛羊乳房炎抗性穩(wěn)定表觀遺傳標(biāo)記和靶基因，爭(zhēng)取選育出對(duì)乳房炎具有較強(qiáng)抗性的牛羊新品系，助力畜牧業(yè)健康高質(zhì)量發(fā)展。