影響奶牛產(chǎn)奶性狀候選基因研究進(jìn)展

呂瑞青， 遠(yuǎn)永來 ， 岳草子， 吳建宇， 郭春輝， 王志偉

（1.河南省安陽市動物衛(wèi)生監(jiān)督所，河南安陽455000；2.河南省周口市西華縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南西華466600；3.河南省畜牧總站，河南鄭州450000；4.周口市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心，河南周口466000）

奶牛的產(chǎn)奶性狀主要由產(chǎn)奶量、乳脂量、乳脂率、乳蛋白量和乳蛋白率等組成，由多基因控制，同時受到包括遺傳、營養(yǎng)和環(huán)境等多種因素影響。改良奶牛產(chǎn)奶性狀是近年來遺傳育種研究的熱點之一，總體來說，傳統(tǒng)的選育方法對奶牛產(chǎn)奶性狀的改良效果甚微且進(jìn)展緩慢， 如果能找到影響奶牛產(chǎn)奶性狀的關(guān)鍵基因， 進(jìn)而應(yīng)用于標(biāo)記輔助選擇，將可能大大加快遺傳進(jìn)展。

候選基因策略，即鑒定和利用與奶牛產(chǎn)奶性狀潛在的、顯著關(guān)聯(lián)的候選基因，在分子水平上調(diào)控產(chǎn)奶性狀的關(guān)鍵基因或與其存在緊密調(diào)控關(guān)系的分子或者小分子，從而直接對奶牛進(jìn)行基因型選擇或標(biāo)記輔助選擇，進(jìn)而徹底改良和完善奶牛產(chǎn)奶性狀，無疑將會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 與奶牛產(chǎn)奶性狀相關(guān)的候選基因

影響奶牛產(chǎn)奶性狀的基因較多，現(xiàn)將ABCG2、BLG、CSN3、DGAT1、OPN、POU1F1、PPARGC1A、SCD1和SYP19 等基因的研究現(xiàn)狀加以綜述（表1）。

表1 奶牛產(chǎn)奶性狀候選基因研究進(jìn)展

1.1 ABCG2 基因 ATP-結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G 超家族2（ABCG2）能夠促進(jìn)奶牛分泌維生素K3、膽固醇等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入牛奶中。 其在乳腺腺泡中廣泛表達(dá)（Mahnke 等，2016）。 牛的ABCG2 基因由16 個外顯子和15 個內(nèi)含子組成， 定位于6 號染色體上。 Soltani 等（2016）以408 頭伊朗荷斯坦奶牛為研究對象， 采用PCR-RFLP 的方法研究了ABCG2 基因與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性， 分析表明，Y581S 多態(tài)性位點與產(chǎn)奶性狀之間存在顯著相關(guān)，其中AA 基因型個體乳脂率（P< 0.01）和乳蛋白率（P< 0.05）均顯著低于AC 基因型，當(dāng)堿基C 突變?yōu)閴A基A 時，乳蛋白率和乳脂率分別提高了0.07%和0.29%。

1.2 BLG 基因和CSN3 基因 牛乳蛋白主要包括乳清蛋白和酪蛋白，其中，K-酪蛋白（CSN3）基因和β-乳球蛋白（BLG）基因是對奶牛產(chǎn)奶性狀存在較強(qiáng)影響的兩個基因。 CSN3 是牛乳中含有少量磷酸基的磷蛋白之一， 在酪蛋白微團(tuán)的穩(wěn)定性方面起著至關(guān)重要的作用， 而且對奶牛產(chǎn)奶性狀及乳成分和奶酪品質(zhì)均有一定程度的影響，牛CSN3 基因定位于6 號染色體上， 由5 個外顯子和4 個內(nèi)含子組成（Khabiri 等，2014）。 BLG 在牛奶中主要以二聚體的形式存在， 與維生素和脂肪酸有很強(qiáng)的結(jié)合能力。 BLG 基因定位于牛11 號染色體上。 Zaglool 等（2016）以200 頭埃及荷斯坦-弗里斯蘭奶牛為研究對象， 利用PCR-RFLP和DNA 直接測序的方法研究了BLG 基因與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性，結(jié)果表明，當(dāng)用HaeⅢ酶切一段長為447 bp 的PCR 產(chǎn)物后，共出現(xiàn)AA、AB 和BB 三種基因型， 測序后發(fā)現(xiàn)T301C 和C390T 兩個SNP 位點， 均位于第4 外顯子上，T301C 是天冬酰胺的沉默突變，而C390T 導(dǎo)致丙氨酸突變?yōu)槔i氨酸。 AA 基因型個體的產(chǎn)奶量和乳蛋白率顯著高于AB 和BB 基因型，BB 基因型個體的乳脂率顯著高于AA 和AB 基因型。 Awad 等（2016）以55 頭荷斯坦-弗里斯蘭奶牛為研究對象， 利用PCR-RFLP 和DNA 直接測序的方法研究了CSN3基因與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性， 結(jié)果表明， 當(dāng)用HindⅢ酶切一段長為633 bp 的PCR 產(chǎn)物后，出現(xiàn)AA 和AB 兩種基因型， 測序發(fā)現(xiàn)A405G 一處SNP 位點，位于第4 外顯子上，是丙氨酸的沉默突變。 AB 基因型個體的產(chǎn)奶量顯著高于AA 基因型，AA 基因型個體的乳脂率和乳蛋白率顯著高于AB 基因型。Dogru 等研究表明CSN3 基因HindⅢ酶切位點（A405G）多態(tài)性與荷斯坦奶牛305 d產(chǎn)奶量、305 d 乳脂量和乳脂率顯著相關(guān)。

1.3 CYP19 基因 芳香化酶是雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素的限速酶，其編碼基因為CYP19，在乳腺中有表達(dá)。 牛的CYP19 基因位于染色體10q26。Trakovická 等（2021）以150 頭斯洛文尼亞西門塔爾奶牛為研究對象，利用PCR-RFLP 的方法研究了CYP19 基因多態(tài)性與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性，結(jié)果表明， 用PvuⅡ酶切SYP19 基因啟動子區(qū)域長度為405 bp 的核苷酸序列后， 得到AA 、AB 、BB 三種基因型，其中BB 基因型個體的產(chǎn)奶量和乳蛋白量最高。

1.4 DGAT1 基因 二脂酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶1（DGAT1）是哺乳動物體內(nèi)一種非常重要的酶，其主要機(jī)制是使二酰甘油加上脂肪酸酰基形成三酰甘油， 該酶是催化甘油三酯合成的關(guān)鍵酶和限速酶。 DGAT1 在脂肪組織、小腸和乳腺等合成甘油三酯的組織中表達(dá)量較高，該酶在泌乳，小腸脂肪吸收，脂蛋白組裝和脂肪形成中發(fā)揮著重要功能。牛DGAT1 基因定位于14 號染色體上，基因全長14117 bp， 含有17 個外顯子和16 個內(nèi)含子。Tomka 等（2016） 以163 頭荷斯坦奶牛為研究對象， 利用PCR-RFLP 的方法研究了DGAT1 基因多態(tài)性位點K232A 與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性，結(jié)果表明，AK 基因型個體的乳脂率顯著高于AA 基因型， 當(dāng)堿基A 突變?yōu)镵 時， 乳脂率增加了0.31%。

1.5 OPN 基因 骨調(diào)蛋白（OPN）是一種含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽序列的高度磷酸化糖蛋白， 通過與整合蛋白和CD44 受體的結(jié)合介導(dǎo)細(xì)胞基質(zhì)的相互作用和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)， 廣泛存在于乳汁中， 在乳腺管上皮細(xì)胞有高的表達(dá)。 牛的OPN基因位于6 號染色體上， 由6 個外顯子和5 個內(nèi)含子組成。 Pasandideh 等（2015）以398 頭伊朗荷斯坦奶牛為研究對象，利用PCR-RFLP 的方法研究了OPN 基因的c.8514C>T 多態(tài)性位點（位于第4 內(nèi)含子）與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性，結(jié)果表明，該SNP 位點與乳脂率和乳蛋白率顯著相關(guān)，CT基因型個體的乳脂率和乳蛋白率顯著高于CC 和TT 基因型。

1.6 POU1F1 基因 垂體轉(zhuǎn)錄因子（POU1F1）是POU 基因家族的成員之一， 是重要的組織特異性轉(zhuǎn)錄因子。 POU1F1 基因在哺乳動物的垂體前葉中主要正向調(diào)控生長激素和催乳素的表達(dá)，進(jìn)而影響產(chǎn)奶性狀。 牛的POU1F1 基因定位于1號染色體上， 包含6 個外顯子和5 個內(nèi)含子。Hoseinzadeh 等（2015）研究表明，POU1F1 基因第6 外顯子上的HinfI 酶切位點（A→G）多態(tài)性與荷斯坦奶牛乳脂率顯著相關(guān)，AG 基因型個體的乳脂率最高。 Chauhan 等（2015）以77 頭Sahiwal奶牛為研究對象， 利用PCR-RFLP 的方法研究了POU1F1 基因多態(tài)性與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性，結(jié)果表明，用Hinf1 酶切一段長為600 bp 的PCR 產(chǎn)物后， 出現(xiàn)AA 、AB 和BB 三種基因型，AB 和BB 基因型個體的產(chǎn)奶量顯著高于AA 基因型。

1.7 PPARGC1A 基因 過氧化物酶增殖激活受體γ 輔激活蛋白1α（PPARGC1A）是一種核轉(zhuǎn)錄因子，有多種核激素受體結(jié)合位點，是奶牛脂肪代謝的一個調(diào)節(jié)因子， 參與泌乳過程。 PPARGC1A基因定位于奶牛6 號染色體q17-q19 上， 由13個外顯子和12 個內(nèi)含子組成。 Pasandideh 等（2015） 研究了PPARGC1A 基因的c.1892T>C 多態(tài)性位點（位于第9 內(nèi)含子）和c.3359A>C 多態(tài)性位點（位于3’非翻譯區(qū)）與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性， 結(jié)果表明，c.1892T>C 多態(tài)性位點與乳脂率、乳蛋白率和乳蛋白量顯著相關(guān)，c.3359A>C 多態(tài)性位點與乳脂率顯著相關(guān)。

1.8 SCD1 基因 硬脂酰輔酶A 脫氫酶1（SCD1）是參與脂肪代謝的一種關(guān)鍵酶，它催化飽和脂肪?；ワ柡突蓡尾伙柡椭舅?， 是脂肪酸去飽和化的限速酶。 牛SCD1 在乳腺中高度表達(dá)。 牛SCD1 基因定位于26 號染色體上。Kulig等（2016）以975 頭波蘭荷斯坦-弗里斯蘭奶牛為研究對象，研究了SCD1 基因g.10153G>A 多態(tài)性位點（位于第15 外顯子）與產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性，結(jié)果表明，該位點與乳脂率和乳蛋白率顯著相關(guān)，GG 基因型個體的乳脂率和乳蛋白率顯著高于AA 基因型。 Soltani 等（2021）研究了SCD1 基因A293V 多態(tài)性位點與荷斯坦奶牛產(chǎn)奶性狀之間的相關(guān)性， 結(jié)果表明，AV 基因型個體的305 d產(chǎn)奶量顯著高于AA 基因型，VV 基因型個體的乳蛋白率顯著高于AA 和AV 基因型。

2 結(jié)束語

奶牛的產(chǎn)奶性能是影響奶牛經(jīng)濟(jì)效益的重要因素， 利用候選基因策略尋找到的與奶牛產(chǎn)奶性狀 相 關(guān) 的 ABCG2、BLG、CSN3、DGAT1、OPN、POU1F1、PPARGC1A、SCD1 和SYP19 等基因，能夠從本質(zhì)上研究奶牛產(chǎn)奶性能的機(jī)理。 隨著基因組工作的深入，必將會發(fā)現(xiàn)更多的候選基因，如何合理應(yīng)用這些與奶牛產(chǎn)奶性狀相關(guān)的基因， 將成為未來研究的重點。