雞蛋用性狀遺傳基礎(chǔ)研究進(jìn)展

張偉圖，董靜超，李 華,2，康慧敏*

(1. 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院/廣東省動(dòng)物分子設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 佛山528225；2. 廣東天農(nóng)食品有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511827)

雞的蛋用性狀包括產(chǎn)蛋性狀(產(chǎn)蛋數(shù)、開產(chǎn)日齡、產(chǎn)蛋持續(xù)性、料蛋比等)與蛋品質(zhì)性狀(蛋重、蛋殼顏色、蛋殼厚度、蛋殼強(qiáng)度、蛋黃顏色、哈氏單位、蛋黃重、濃稀蛋白比等)。改良蛋用性狀對(duì)提升種雞供種能力和商品代生產(chǎn)能力，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。因此，蛋用性狀是雞遺傳改良的主要目標(biāo)性狀。在制定育種計(jì)劃時(shí)，性狀的遺傳參數(shù)(遺傳力、遺傳相關(guān)和重復(fù)力)是最重要的考慮因素之一。長(zhǎng)期以來，研究者基于動(dòng)物模型和隨機(jī)回歸模型等統(tǒng)計(jì)模型，利用平均信息約束最大似然法等方法對(duì)不同品種雞的蛋用性狀進(jìn)行遺傳參數(shù)估計(jì)。目前已對(duì)雞蛋用性狀的遺傳參數(shù)研究得比較清楚。近年來，生物技術(shù)和數(shù)量遺傳學(xué)的不斷發(fā)展推動(dòng)畜禽育種進(jìn)入了分子育種時(shí)代。2012年起，國(guó)內(nèi)外各大育種集團(tuán)陸續(xù)開始在雞的育種中應(yīng)用基因組選擇[1]。解析蛋用性狀的分子遺傳基礎(chǔ)不僅可以從理論上完善人們對(duì)這些性狀的了解，同時(shí)，將顯著關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記應(yīng)用于基因組選擇，可以進(jìn)一步提高育種中選種的準(zhǔn)確性。近年來，蛋用性狀的遺傳基礎(chǔ)研究取得了一定進(jìn)展。文章總結(jié)了常見蛋用性狀的遺傳力及性狀間的遺傳相關(guān)，并對(duì)其重要候選基因的研究進(jìn)展進(jìn)行概述，旨在為后續(xù)的科學(xué)研究與育種工作提供參考與借鑒。

1 雞蛋用性狀的遺傳參數(shù)估值

目標(biāo)性狀的遺傳參數(shù)估計(jì)是育種的基礎(chǔ)工作。開產(chǎn)日齡是重要的產(chǎn)蛋性狀，它是繁殖啟動(dòng)的標(biāo)記，家禽開產(chǎn)越早，產(chǎn)蛋初期性能越高[2]。開產(chǎn)日齡不僅影響開產(chǎn)后產(chǎn)蛋率、產(chǎn)蛋高峰持續(xù)的時(shí)間，而且也會(huì)對(duì)產(chǎn)蛋數(shù)產(chǎn)生影響[3]。研究表明，開產(chǎn)日齡具有中高遺傳力(0.24～0.56)[4-5]，因此它的遺傳改良相對(duì)容易。在整個(gè)產(chǎn)蛋周期，產(chǎn)蛋數(shù)(如兩周產(chǎn)蛋數(shù)、月產(chǎn)蛋數(shù))隨時(shí)間發(fā)生變化，屬于縱向性狀，常用隨機(jī)回歸模型進(jìn)行分析。不同階段產(chǎn)蛋數(shù)遺傳力有所不同，有時(shí)為低遺傳力，有時(shí)為中等遺傳力，有時(shí)為高遺傳力，且整個(gè)產(chǎn)蛋周期內(nèi)，產(chǎn)蛋數(shù)遺傳力普遍呈U字型[6]或接近U型[7]變化，這可能是由于控制或影響產(chǎn)蛋的基因隨產(chǎn)蛋時(shí)間的推進(jìn)而發(fā)生變化所造成的。Wolc等[8]分別基于系譜和基因組信息構(gòu)建個(gè)體關(guān)系矩陣(A陣和G陣)，并利用隨機(jī)回歸模型進(jìn)行分析，得到的褐殼蛋雞產(chǎn)蛋數(shù)遺傳力變化曲線呈倒U字型，平均遺傳力分別為0.20和0.33。而Venturini等[9]以白來航雞每3周的產(chǎn)蛋數(shù)為性狀進(jìn)行研究，除第一階段(20～22周齡)產(chǎn)蛋數(shù)遺傳力很低外(0.04)，其后階段(直到70周齡)遺傳力均屬于中等遺傳力，且變化幅度較小(0.10～0.14)。相鄰階段產(chǎn)蛋數(shù)的遺傳相關(guān)高[10]，相鄰較遠(yuǎn)階段產(chǎn)蛋數(shù)間的遺傳相關(guān)較低，甚至可能為負(fù)值[6]。Luo等[11]利用隨機(jī)回歸模型對(duì)某肉雞母系從開產(chǎn)到各周的累計(jì)產(chǎn)蛋數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)蛋初期其遺傳力為0.16，之后逐漸增大，直到產(chǎn)蛋第40周的累計(jì)產(chǎn)蛋數(shù)的遺傳力有所降低，遺傳力變化范圍為0.16～0.54。郭軍等[12]利用隨機(jī)回歸模型對(duì)皋黃雞產(chǎn)蛋數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)蛋數(shù)遺傳力變化范圍為0.05～0.32，開產(chǎn)第2月產(chǎn)蛋數(shù)遺傳力最低，第1～2月產(chǎn)蛋數(shù)遺傳力在0.1以下，第3～7月產(chǎn)蛋數(shù)遺傳力為0.20～0.32。黨李蘋等[13]對(duì)略陽烏雞開產(chǎn)到31周、35周、40周的累計(jì)產(chǎn)蛋數(shù)進(jìn)行遺傳力估計(jì)，遺傳力估值分別為0.27、0.25和0.26。而王克華等[14]估計(jì)了如皋黃雞40周產(chǎn)蛋數(shù)的遺傳力，估值為0.29。Chen等[15]對(duì)矮腳蛋雞44周產(chǎn)蛋數(shù)和產(chǎn)蛋率的遺傳力估值分別為0.48和0.23。綜上，除個(gè)別群體和少數(shù)時(shí)期外，階段產(chǎn)蛋數(shù)和累計(jì)產(chǎn)蛋數(shù)的遺傳力均屬于中高遺傳力，而不同的遺傳力估值及其變化曲線可能與所研究的品種、群體和世代的差異有關(guān)，也可能是分析模型與估計(jì)方法的不同造成的。

蛋品質(zhì)性狀大多具有中高遺傳力，因此遺傳改良也較為容易獲得成效。研究表明，蛋重(0.47～0.74)[4-5,10,16-17]和蛋殼顏色(0.3～0.53)[17]具有高遺傳力，蛋殼厚度(0.21～0.34)具有中高遺傳力[17-18]，蛋殼強(qiáng)度具有中等遺傳力(0.2～0.27)[17-18]。對(duì)于由白來航和東鄉(xiāng)雞構(gòu)建F2代資源群體，蛋殼超微結(jié)構(gòu)中蛋殼厚度、有效層厚度、乳頭層厚度和乳頭密度的遺傳力分別是0.39、0.36、0.17和0.19[19]。蛋黃重(0.32～0.45)[17]和蛋白高度(0.51～0.55)[5,17]均具有高遺傳力。哈氏單位的遺傳力估值范圍為0.14～0.41[17,20]。

蛋用性狀間存在一定的遺傳相關(guān)。研究表明，開產(chǎn)日齡與300和450日齡累計(jì)產(chǎn)蛋數(shù)間的遺傳相關(guān)系數(shù)分別為-0.74±0.20和-0.73±0.19。褐殼矮腳蛋雞的蛋重與蛋黃重(0.47)、蛋黃顏色(0.25)呈正遺傳相關(guān)，而與哈氏單位呈負(fù)遺傳相關(guān)(-0.36)。蛋殼顏色與哈氏單位(0.36)和蛋黃顏色(0.69)呈正遺傳相關(guān)，與蛋黃重呈負(fù)遺傳相關(guān)(-0.89)[17]。褐殼矮腳蛋雞雞蛋的蛋白高度與蛋重呈正遺傳相關(guān)(0.32)，而哈氏單位與蛋重的遺傳相關(guān)較低(0.10)[17]。在洛島紅蛋雞上的研究，蛋殼厚度和強(qiáng)度間的遺傳相關(guān)較高(0.72)[21]。育種中不僅要根據(jù)蛋用性狀的遺傳力選擇適合的選育方法，也要考慮性狀間的遺傳相關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋用性狀的平衡選擇。

2 蛋用性狀的重要候選基因

根據(jù)動(dòng)物數(shù)量性狀基因座數(shù)據(jù)庫(kù)[22]，截止2020年6月，各研究利用候選基因法、QTL定位、全基因組關(guān)聯(lián)分析等方法所定位到的蛋用性狀數(shù)量性狀基因座(quantitative trait loci, QTL)的數(shù)目如表1所示。所定位到的蛋用性狀QTL中，蛋殼厚度的QTL最多，達(dá)774個(gè)，產(chǎn)蛋數(shù)和蛋重分別定位到316和382個(gè)QTL，而其余蛋用性狀所定位到的QTL數(shù)目均小于100個(gè)。

表1 蛋用性狀的QTL數(shù)目Table 1 Number of QTL detected for egg-related traits

基于所定位到的QTL，蛋用性狀候選基因的挖掘也取得了較大進(jìn)展。本文根據(jù)其功能研究進(jìn)展對(duì)候選基因進(jìn)行了進(jìn)一步篩選(表2)，并對(duì)其功能進(jìn)行分類闡述。由表2可知，有些基因同時(shí)為多個(gè)蛋用性狀的候選基因，如開產(chǎn)日齡候選基因BMP15和GDF9同時(shí)也為蛋重和產(chǎn)蛋數(shù)的候選基因[23-24]。

表2 蛋用性狀的部分候選基因Table 2 Some candidate genes for egg-related traits

2.1 下丘腦-垂體-性腺軸相關(guān)基因

產(chǎn)蛋屬于繁殖行為，其過程受到下丘腦-垂體-性腺(HPG)軸調(diào)控：下丘腦分泌的促性腺激素釋放激素I(GnRH-I)與垂體前葉中的受體GnRHR特異性結(jié)合，刺激合成和分泌促黃體激素(LH)和卵泡刺激素(FSH)，進(jìn)而刺激卵巢孕酮、雌二醇的分泌和卵子的發(fā)生，最終調(diào)控繁殖性能。在蛋用性狀候選基因中，一些基因與HPG軸直接或間接相關(guān)(圖1)，包括GNRH1、GNRHR、FSHR、PRL、STAT5B、DRD2、BMP15、GDF9、NPY和NCOA1。

如圖1所示，GNRH1基因所編碼的前體蛋白經(jīng)過裂解等過程產(chǎn)生GnRH-1(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/2796)，進(jìn)而調(diào)控產(chǎn)蛋過程。何宗亮[47]在雪山雞中的研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)蛋雞下丘腦和垂體中GnRHmRNA表達(dá)量極顯著(P<0.01)高于就巢和醒抱雞，即GnRHmRNA表達(dá)量與開產(chǎn)日齡有正相關(guān)性，并且發(fā)現(xiàn)下丘腦和垂體中GnRHmRNA表達(dá)量與產(chǎn)蛋量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.332。PRL基因編碼催乳素，它能夠抑制GnRH的分泌[48]；另外，PRL可以激活雌激素受體的表達(dá)和乳蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，該過程需要STAT5A和STAT5B的參與[49-50]。有研究表明，提高PRL基因的表達(dá)量可以一定程度上提高籽鵝年產(chǎn)蛋量[51]。

圖1 部分蛋用性狀候選基因參與的HPG軸激素因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)作用；抑制作用Fig. 1 HPG axis hormone factor regulatory networkinvolving some candidate genes for egg-related traitsEnhancement;Inhibition

血管活性腸肽(VIP)是神經(jīng)遞質(zhì)的一種，它與受體VIPR結(jié)合后，能夠促進(jìn)PRL的合成與釋放[52-53]，因而對(duì)繁殖性能起到抑制作用。與此相一致，雪山草雞產(chǎn)蛋組下丘腦和垂體中VIPmRNA表達(dá)量極顯著(P<0.01)低于就巢組和醒抱組，即VIP的表達(dá)量越低，開產(chǎn)越早；并且下丘腦和垂體中VIPmRNA表達(dá)量與產(chǎn)蛋量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.276[47]。多巴胺是一種兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)，有一系列功能，如中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的認(rèn)知、情緒和內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)控等，也包括調(diào)節(jié)周圍神經(jīng)系統(tǒng)中心血管及腎臟功能、激素分泌、胃腸蠕動(dòng)等[54]。在人上，DRD2是5個(gè)重要的多巴胺受體之一，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和垂體中高表達(dá)，通常發(fā)揮抑制功能[54]。在禽類上，多巴胺與垂體中的DRD2結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)性抑制VIP的功能，從而抑制PRL的合成與釋放[55]。BMP15和GDF9都屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)超級(jí)家族的成員，在母雞卵巢顆粒細(xì)胞中表達(dá)，BMP15對(duì)促性腺激素介導(dǎo)的孕酮分泌有很強(qiáng)的抑制作用[56]，而GDF9能夠促進(jìn)FSH介導(dǎo)的孕酮合成，并且能夠促進(jìn)顆粒細(xì)胞周期的推進(jìn)[57]。此外，BMP15和GDF9可以單獨(dú)形成同源二聚體或共同形成異源二聚體，參與卵泡發(fā)育調(diào)節(jié)[58]。NPY蛋白能夠增強(qiáng)[59-60]或抑制[61-62]GnRH-I的分泌進(jìn)而影響產(chǎn)蛋。NCOA1參與多種核受體的共激活(如孕酮受體、雌激素受體)[63-64]，同時(shí)，也參與由STAT5A、STAT5B等介導(dǎo)的共激活[65]，是影響雞產(chǎn)蛋性狀的主效基因[66]。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)激素(GH)除了對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)起促進(jìn)作用外，也是重要的繁殖調(diào)節(jié)因子，它可通過性激素依賴與性激素非依賴途徑發(fā)揮相應(yīng)功能[67]。生長(zhǎng)激素釋放激素(GHRH)由下丘腦合成并分泌，它通過與其受體GHRHR結(jié)合，調(diào)控垂體中GH的合成與釋放，進(jìn)而影響產(chǎn)蛋。

2.2 鈣磷代謝相關(guān)基因

MEPE和RARRES1是蛋殼厚度候選基因，RARRES1同時(shí)也被鑒定為蛋殼重、蛋重、產(chǎn)蛋率、蛋黃重和蛋白高度的候選基因。這兩個(gè)基因所編碼的蛋白質(zhì)MEPE和RARRES1是雞蛋蛋殼的重要成分[68]。研究表明，MEPE主要在磷酸鹽和骨礦代謝紊亂時(shí)表達(dá)，它既可抑制成骨細(xì)胞活性，也可促進(jìn)骨細(xì)胞正常分化。在成骨細(xì)胞中，增加MEPE蛋白表達(dá)量不僅可以減少破骨細(xì)胞的生成，還可以引起腎臟重吸收磷酸鹽增加，導(dǎo)致高磷血癥[69]。PTH是蛋殼強(qiáng)度的候選基因，當(dāng)它在甲狀旁腺細(xì)胞中發(fā)生突變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致甲狀腺激素分泌不足，從而引起家族性孤立性甲狀旁腺功能減退癥、低鈣和高磷血癥[70]。因此，蛋殼強(qiáng)度和厚度的候選基因MEPE和PTH可能通過調(diào)節(jié)鈣、磷離子的水平影響蛋殼品質(zhì)。章世元等[71]研究表明，在56周齡新?lián)P州雞產(chǎn)蛋期母雞腿肌肉注射200 μgPTH基因質(zhì)?？梢燥@著改善蛋殼強(qiáng)度(P<0.05)。此外，SNN1基因家族(SNN1a、SNN1b、SNN1g和SNN1d)與蛋殼形成密切相關(guān)，SNN1a、SNN1b和SNN1g基因在蛋殼礦化形成期表達(dá)量最高，而SNN1d在靜止子宮中的表達(dá)水平最高。SNN1基因家族編碼的蛋白組成了阿米洛利敏感鈉通道，它們可能通過影響鈉離子和鈣離子的交換從而參與蛋殼的形成，影響蛋殼品質(zhì)[43]。

3 展 望

目前，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析、轉(zhuǎn)錄組基因差異表達(dá)分析等方法，蛋用性狀候選基因的挖掘已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。但由于受到研究群體大小、品種、標(biāo)記密度和統(tǒng)計(jì)分析方法的限制，這些基因可能存在一定的假陽性率。在后續(xù)研究中，有必要對(duì)候選基因進(jìn)行群體驗(yàn)證，即在本品種中擴(kuò)大群體和其它品種群體中進(jìn)行驗(yàn)證，此外，也可通過基因表達(dá)的定量檢測(cè)手段檢測(cè)基因mRNA和蛋白表達(dá)量，并驗(yàn)證與性狀的相關(guān)性，進(jìn)一步提高候選基因的可靠性。同時(shí)，目前對(duì)于很多候選基因影響蛋用性狀的機(jī)制尚不了解，如候選基因RARRES1如何影響產(chǎn)蛋率、蛋重等性狀。因此，有必要采用功能獲得與缺失策略，通過體內(nèi)、體外試驗(yàn)，利用基因敲除、過表達(dá)、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)手段對(duì)候選基因的具體作用機(jī)制及基因間的相互作用進(jìn)行深入研究，最終構(gòu)建完整的分子遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)候選基因mRNA表達(dá)量與性狀相關(guān)后，可利用啟動(dòng)子缺失突變、雙熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)和染色質(zhì)免疫共沉淀等技術(shù)，鑒定其上游調(diào)控應(yīng)答關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及其互作位點(diǎn)。這些后續(xù)研究不僅將有助于解析蛋用性狀的分子遺傳機(jī)制，更將進(jìn)一步推進(jìn)蛋用性狀的分子遺傳改良，提高其育種效率。