家禽產(chǎn)肉性能相關基因研究進展

向煒萱，彭佳誠，胡志剛，劉小林

(西北農(nóng)林科技大學 動物科技學院，陜西 楊凌 712100)

禽肉作為人類攝取動物蛋白的理想食品來源，其產(chǎn)肉性能得到了人們極高的關注。家禽的肉用性狀呈不連續(xù)性變異，是受微效多基因控制的數(shù)量性狀，主要包括體重與體增重、屠體性能、體型和骨骼指標(肉用家禽主要是胸寬和胸角度)等。家禽不同生長、發(fā)育階段的肌肉受到了復雜的細胞外界多因子和細胞外基質調控。研究不同階段家禽生長發(fā)育過程中產(chǎn)肉相關性狀基因的作用機理，對提高我國肉用禽類生產(chǎn)能力有著關鍵的作用。近年來對產(chǎn)肉性能相關基因的研究包括肌肉生長抑制素、生肌調節(jié)因子、生肌細胞增強子因子家族2和基因家族(3、7)等。本文通過概述近年來肌肉發(fā)育相關基因調節(jié)機制的研究，為提高禽類肉品質提供關鍵候選標記基因，為我國地方家禽品種改良和選育提供參考。

1 家禽生長性能與肉用性狀

我國地方畜禽品種資源豐富、肉質較為鮮美，但產(chǎn)肉性能表現(xiàn)差異較大。比如全凈膛率，浦東雞為73.90%，黑羽仙居雞為66.65%；大圍山微型雞和武定雞的胸肌率達18.76%，而略陽烏雞胸肌率僅為16.91%；在鴨上，巢湖麻鴨(公)的屠宰率可達88.07%，高郵鴨為85.34%。其它生長性能見表1。另一方面，和一些引進的品種相比，我國地方家禽品種呈現(xiàn)出生長速度更慢、體格更加瘦小等問題。例如，與生長速度快、肉質優(yōu)良的白羽肉雞相比，我國藏雞體型較小、生產(chǎn)性能不高；櫻桃谷鴨、番鴨等大型肉鴨體重顯著高于肉蛋兼用性地方品種(花邊鴨和四川麻鴨)，且肉品質以及屠宰性能也顯著高于地方品種。

表1 中國地方家禽品種以及外來家禽品種生長性能與產(chǎn)肉性能統(tǒng)計[16]Table 1 The statistics on growth performance and meat production performance of Chinese indigenous and foreign poultry breeds

2 家禽肌肉發(fā)育過程

家禽的肌肉主要分為心肌、平滑肌以及骨骼肌，均來自于中胚層組織。從胚胎發(fā)育開始，體節(jié)細胞會經(jīng)過細胞增殖、分化等步驟，成為多核肌管，最終發(fā)展成肌肉組織。體節(jié)細胞在收到胚胎生長發(fā)育信號后被誘導分化為成肌細胞，成肌細胞不斷分裂增殖，遷移到胚胎不同部位繼續(xù)增長，黏附并融合形成多核肌管，繼續(xù)分化形成初級纖維，再在初級纖維形成的位置上分化為次級纖維。最后，次級纖維通過肌節(jié)的收縮單位“Z”帶連接為成熟肌纖維。目前，與家禽孵化期肌細胞增生有關的調節(jié)信號途徑、出生后肌纖維增生和肥大的細胞外因子調控機制以及孵化期和孵化后肌肉增長的關系還有待進一步研究。動物個體在出生時，就幾乎完成了全肌纖維的發(fā)育，且實際的肌纖維總量也都是確定的。在出生之后，動物骨骼肌生長依靠合成大量的蛋白質使得肌纖維肥大。進入到肌纖維中的衛(wèi)星細胞，會在肌肉生長的整個過程中發(fā)揮重要作用。肌纖維的生長、肥大與多種因子如胰島素樣生長因子、肝細胞生長因子、β-轉化生長因子等有關，同時也與細胞外基質有一定關系。

3 家禽肉用性狀相關基因的研究

3.1 肌肉生長抑制素(MSTN)

肌肉生成抑制素(myostatin,)是轉化生長因子β-超家族中的一種因子。在肌肉發(fā)生、分化生長、萎縮過程中均起作用，其表達會抑制肌肉生長，控制肌肉發(fā)育處于正常水平。調節(jié)該基因實際表達量能夠控制肌肉細胞面積，讓肌肉纖維組成、重量都受到直接或間接的影響。Liu通過比較云南武定雞和艾維昂肉雞中的表達量，揭示了生長更快速的肉雞品種中mRNA表達量顯著低于武定雞。梁耀偉在雞、鵪鶉及其雜交后代的研究中提到，通過阻止成肌細胞從G1到S期的細胞循環(huán)來抑制肌肉發(fā)育，且mRNA表達量隨成肌細胞生長周期循環(huán)而變化。

目前關于在家禽上的研究側重于育種工作，經(jīng)常將其作為家禽肌肉性狀選擇的關鍵標記基因。廖娟等通過測量黃雜雞的體尺、體重以及檢測基因啟動子區(qū)SNP，發(fā)現(xiàn)了基因啟動子區(qū)一個SNP位點： c.-1782 A>T與體重、體斜長有著密切關聯(lián)，可將該SNP作為黃雜雞育種工作的分子遺傳標記之一。王彥欽等通過測量拜城油雞的生產(chǎn)性能和基因多態(tài)性，證明了基因第1外顯子c.234G>A突變顯著地影響12周、18周、24周實驗雞的宰前活重、屠體重、胸肌重、腿肌重、半凈膛重和全凈膛重。Ye等在三種優(yōu)良商品肉雞上證實了中的非同義突變 (g.4842T>G)和體重有關。由此可見，基因突變失活往往使得家禽個體肌肉率上升，肉質提高。

Bhattacharya等表明在雞的發(fā)育過程中的敲除會導致肌肉發(fā)育不正常、體重顯著增加，且CRISPR技術被證實可有效的用于活雞肌肉組織基因編輯。楊永平對基因進行了測序、序列分析，提出至少有7種類型的剪接體存在于鴨基因當中，其中剪接因子U2AF35可能對骨骼肌衛(wèi)星細胞存在調控作用從而影響肌肉生長性狀。這從基因編輯的角度提供了選育方法。

胰島素生長因子Ⅰ (-Ⅰ,-Ⅰ)和基因具體表達水平與家禽肌細胞生長周期有關。湯青萍表示促進肌肉發(fā)育的-Ⅰ和抑制肌肉發(fā)育的MSTN蛋白表達水平同時上調和下降。胡艷通過測定高郵鴨和金定鴨2個不同品種胸腿肌的發(fā)育情況與-mRNA表達的關系，發(fā)現(xiàn)骨骼肌生長速率與-Ⅰ-mRNA 表達比值的變化曲線吻合，肌細胞增殖則比值降低，肌細胞肥大則比值升高。姬改革發(fā)現(xiàn)，高郵鴨和金定鴨-Ⅰ與mRNA 的比值有顯著差異，均呈顯著負相關，這樣的差異極大可能會導致品種間鴨胚胸肌發(fā)育程度不同?？梢缘贸鼋Y論，家禽肌肉發(fā)育尤其是骨骼肌生長速率受到與-Ⅰ協(xié)同控制，推測這兩個基因在篩選肉用性狀中起重要作用。

3.2 生肌調節(jié)因子(MRFs)

生肌調節(jié)因子(MRFs)包涵了4種肌肉特異性調節(jié)因子，即Myf5、MyoD、MRF4(別稱Myf6)、MyoG，他們的表達在肌肉生長、發(fā)育的完整過程中起著直接激活細胞向成肌細胞轉化的作用?；蚣易宥加幸粋€保守的-結構，是決定其重要生物學功能的調控區(qū)域。Yin等在2015年發(fā)現(xiàn)，運動使得基因家族4個因子的mRNA豐度增高，從而導致肌肉纖維直徑增加，最終影響成年雞骨骼肌的肉質。

5基因是肌肉生長過程中最早表達的，該基因會激活肌前體細胞多項分化功能。張濤在京海黃雞上發(fā)現(xiàn)，出生后5表達量隨雞的年齡增長呈下降趨勢，這說明5主要在家禽胚胎和早期肌肉發(fā)育中起作用。同時5被證實在生長性狀優(yōu)異的個體上表達量也高。

基因的表達，會讓M-肌酸激酶、肌原蛋白I、肌球蛋白等多個基因都被激活。張久盤等發(fā)現(xiàn)，表達峰值出現(xiàn)在固原雞體成熟前。因和5作用時間段重疊，且通過Rudnicki的研究發(fā)現(xiàn)，和5作用相互補充并在同一條基因通路上游啟動骨骼肌生成，所以往往將二者聯(lián)合研究：Zhang等研究表明，藏公雞的胸肌、大腿肌中、5的mRNA表達量與體長、胸寬、胸深、胸骨長、脛長、脛圍和嵴寬等生長性狀呈正相關。陶志云等對高郵鴨、金定鴨的研究表明，5、1表達量雖然存在品種和發(fā)育時期表達量差異，但高峰均在17胚齡。以上試驗均證實了5、可以決定成肌前體細胞的命運和促進肌肉細胞增殖。

4在肌管生長、成熟時期發(fā)揮著重大作用，基因主要在成肌細胞分化、融合成肌纖維的過程中發(fā)揮作用，而二者被證實共同作用于肌肉分化。張久盤等在固原雞上得出結論，肌肉中表達量極顯著高于其他所有組織，其中胸肌表達量高于腿肌，但同時在10日齡表達量達到豐度，證明促進早期細胞分化，激活肌肉細胞生長，促進肌肉發(fā)育。李豐耘等研究發(fā)現(xiàn)，的相對表達量與鹽津烏骨雞和大圍山微型雞的屠宰性狀、生長性狀顯著相關，且在體型相對較大的鹽津烏骨雞表達量更高，由此可將作為研究地方禽種體型大小的關鍵基因。

3.3 生肌細胞增強子因子家族(MEF2)

脊椎動物中，肌細胞增強因子-2家族主要包含下述四個成員：2、2、2、2。2廣泛存在于骨骼肌、心肌、平滑肌中，2可結合DNA序列來影響生長因子，并具有組織特異性，在骨骼肌和心肌細胞中表達。2被證實其通過改變蛋白質分子構象來參與骨骼肌、心肌基因轉錄。2在肌管形成期有大量的表達，而多層肌肉母細胞2表達量極高，因此都被認為與骨骼肌的分化生長有關。

易恒潔發(fā)現(xiàn)，三穗鴨2基因的g.47915G>A、g.47918G>A兩種不同基因型會顯著(<0.05)影響全凈膛率，即基因型全凈膛率顯著高于基因型(<0.05)。這和趙忠海對于這兩個基因SNP位點的研究結果一致。除此以外，第11外顯子的g.47915G>A、g.47918G>A 位點，基因型會對全凈膛率產(chǎn)生正向加性效應。周艷提出，肉雞活體質量、屠體質量等和肉質性狀有關的指標，都與2基因的5′非翻譯區(qū)、第4外顯子、第7內含子內的3個SNPs位點有明顯聯(lián)系。師新彩等指出，對于興義鴨的活重、屠體重、凈膛率、胸肌重、腿肌率等多個產(chǎn)肉性能指標而言，2基因有4個SNP位點(16236、16305、16359、21071)會帶來極大的影響。由此2家族已被作為影響雞肉質性狀的候選基因。

3.4 Pax基因家族(Pax3、Pax7)

基因家族編碼的蛋白質是重要的轉錄調控因子，其結構特點有著由128個氨基酸構成的保守成對域結構域?；蚣易暹M一步可分類為：1、9；2、5、8；3、7；4、6四個亞家族。3被證實調控脊椎動物胚胎期的四肢發(fā)育，而7在肌肉損傷的時候起顯著作用，二者在肌肉發(fā)育過程中都作用于衛(wèi)星細胞，促進衛(wèi)星細胞的生長、融合，從而使肌纖維肥大，促進動物肌肉的發(fā)育。

常國斌通過統(tǒng)計3基因在如皋雞上不同生長時期的表達量發(fā)現(xiàn)，該基因在胚胎期的表達量顯著高于出生后，且存在一定組織特異性。王吟方亭研究了浙東白鵝3和7基因表達規(guī)律，發(fā)現(xiàn)3基因在胚齡生長階段表達量最高，隨著肌肉生長發(fā)育表達量逐漸降低，且7在肌祖細胞進入骨骼肌時期發(fā)揮關鍵作用。張榮萍以黑鶩鴨與北京鴨為研究對象，從分子水平證實了3、7表達量存在發(fā)育時期差異性和組織特異性。以上結果可使今后研究中針對性提高不同時期和不同組織的低基因家族表達量。張鎖在固始雞安卡雞F2代里篩選出了兩個7的SNP位點，證實其與雞的屠體等肉質性狀有關，為雞7提供了重要的變異位點。

4 小 結

肌肉生長因子中的、、2、基因家族(3、7)的位點和不同組織、不同時期的表達量對我國地方家禽體重、屠宰率等性狀有影響，以上基因的某些多態(tài)位點可作為提高家禽產(chǎn)肉性能的分子標記，且生肌因子的表達量高的組織或時期，往往肌肉性能更優(yōu)秀；抑制肌肉發(fā)育的因子表達量低或位點失活后，往往也能提高肉質和肉產(chǎn)量。可以運用高通量測序技術、轉錄組分析技術并結合生物信息學方法篩選、檢驗更多的SNP位點。隨著禽類越來越多產(chǎn)肉相關基因位點被發(fā)現(xiàn)，在今后的研究中應將這些基因之間的互作作為工作重點，并確認其在肌肉發(fā)育中生效的具體時期，有針對性提高或降低基因表達量，為家禽品種選育提供分子機制的研究思路，實現(xiàn)中國地方家禽品種肉質改良，提高現(xiàn)代化家禽養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟效益。