羊熱應(yīng)激研究進(jìn)展

何向東，蘇志強(qiáng)

（1.巴中市南江黃羊科學(xué)研究所 636600；2.南江縣金銀花產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心 636600）

長(zhǎng)期高溫和過(guò)度溫暖的天氣會(huì)給動(dòng)物造成嚴(yán)重的熱應(yīng)激，直接或間接地影響動(dòng)物的生理﹑生產(chǎn)和健康狀況等，具體表現(xiàn)有呼吸急促﹑呼吸加快﹑心率升高﹑直腸溫度升高﹑體內(nèi)氧化代謝增加﹑水電解質(zhì)紊亂等生理特征[1-3]。熱應(yīng)激可導(dǎo)致攝食量減少﹑體重減輕，在生殖方面還可導(dǎo)致生育能力下降[4-6]，同時(shí)導(dǎo)致免疫力和抗病能力下降[7]。可見熱應(yīng)激對(duì)養(yǎng)羊業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有重大影響。

1 羊熱應(yīng)激指標(biāo)

呼吸頻率增加到40次以上/min，即喘息，羊通過(guò)呼出水蒸氣，促進(jìn)熱量的散失[8-9]。因此，呼吸速率可以用來(lái)評(píng)估熱應(yīng)激水平： 呼吸速率少于40次/min，表明沒(méi)有應(yīng)激；呼吸速率40～60次/min，熱應(yīng)激較??；呼吸速率61～80次/min，中等到高強(qiáng)度熱應(yīng)激；呼吸速率81～120次/min表明熱應(yīng)激大；121～192次/min說(shuō)明熱應(yīng)激很大[10-11]。因此，可以看出動(dòng)物的熱應(yīng)激可由呼吸頻率來(lái)確定，方法簡(jiǎn)單。

直腸溫度也可以作為綿羊熱應(yīng)激的一個(gè)指標(biāo)[12]，一般來(lái)說(shuō)，由于長(zhǎng)時(shí)間暴露在夏季應(yīng)激而導(dǎo)致的體溫升高一般會(huì)體現(xiàn)在直腸溫度的升高上，而且已經(jīng)確定直腸溫度可以代表羊體溫。因此，直腸溫度的升高可以體現(xiàn)綿羊的熱應(yīng)激水平[13]。

2 羊熱應(yīng)激分子作用機(jī)制

全球氣溫的普遍上升意味著熱應(yīng)激已經(jīng)成為綿羊日益嚴(yán)重的問(wèn)題。這對(duì)綿羊的生理功能﹑數(shù)量和健康都有直接和間接的影響。羊一般生活在高溫環(huán)境中；然而，在綿羊熱應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的基因和途徑尚不清楚。因此，應(yīng)用RNA-Seq技術(shù)對(duì)熱應(yīng)激組和對(duì)照組綿羊的肝臟組織進(jìn)行分析，篩選與綿羊熱應(yīng)激相關(guān)的基因和信號(hào)通路，在熱應(yīng)激下，動(dòng)物需要進(jìn)行一系列非特異性反應(yīng)來(lái)維持體內(nèi)平衡。對(duì)熱應(yīng)激組和對(duì)照組綿羊差異表達(dá)基因的功能富集分析顯示，應(yīng)激相關(guān)通路的Rap1﹑MAPK﹑PI3K-Akt等基因顯著富集。當(dāng)熱應(yīng)激發(fā)生時(shí)，Rap1作為一個(gè)分子開關(guān)被廣泛的外部刺激所調(diào)節(jié)[14]。MAPK是哺乳動(dòng)物的主要信號(hào)通路之一，也可被外界刺激激活，但MAPK信號(hào)通路的活性是由多個(gè)細(xì)胞中的Rap1刺激所產(chǎn)生[15-16]。同樣，PI3K-Akt通路可被多種細(xì)胞類型的外部刺激激活，并可與MAPK信號(hào)通路發(fā)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)[17-18]，為耐熱綿羊的選育和生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)。因此，這些與應(yīng)激相關(guān)的信號(hào)通路可以形成復(fù)雜的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，對(duì)熱應(yīng)激進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便減少熱應(yīng)激帶來(lái)的傷害。

暴露在太陽(yáng)輻射下的綿羊與受到太陽(yáng)輻射保護(hù)下綿羊相比，呼吸頻率和直腸溫度都有所提高。此外，直接暴露于太陽(yáng)輻射的綿羊表現(xiàn)出更多的不活躍行為，并表現(xiàn)出高的非酯化脂肪酸血漿濃度[19]。夏季高溫中綿羊?yàn)樵囼?yàn)組，與對(duì)照組的綿羊相比，血液中的尿酸﹑肌酐﹑鈉和鉀的濃度升高，然而，葡萄糖﹑膽固醇﹑鈣和無(wú)機(jī)磷的濃度卻降低[20]。

N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）修飾是動(dòng)物中最常見的RNA修飾之一，m6A mRNA修飾可以通過(guò)調(diào)節(jié)肝臟脂肪代謝來(lái)應(yīng)對(duì)熱應(yīng)激，為進(jìn)一步揭示熱應(yīng)激的生物學(xué)機(jī)制提供候選基因[21]。選用5月齡健康的純種湖羊（公）36只；選取18只羊作為熱應(yīng)激組（2017年3月出生），18只羊作為無(wú)熱應(yīng)激組（2017年8月出生）。兩組的羊喂食相同的飼料，自由飲水。通過(guò)功能富集分析發(fā)現(xiàn)m6A修飾的差異基因與應(yīng)激反應(yīng)﹑脂肪代謝等信號(hào)通路顯著相關(guān)。由此可見，m6A mRNA修飾可以通過(guò)調(diào)節(jié)肝臟脂肪代謝來(lái)調(diào)控?zé)釕?yīng)激。被鑒定的基因?yàn)檫M(jìn)一步揭示熱應(yīng)激的生物學(xué)機(jī)制提供候選基因[22]。

在胚胎生命的早期階段，與熱中性溫度（18℃～20℃，30%濕度）相比，暴露在溫暖溫度（30℃～40℃，40%濕度）中，總細(xì)胞數(shù)量和胎盤大小大大減少，細(xì)胞大小僅輕微減少，經(jīng)分子生物學(xué)方法檢測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，這是由于RNA與DNA的比例確定，在溫暖的環(huán)境條件下，胎盤的蛋白質(zhì)合成能力降低，即胎兒和胎盤的重量和總蛋白質(zhì)含量降低，溫暖條件下母羊的DNA濃度略高于熱中性條件。然而，胎盤蛋白和RNA濃度卻相似[23]。由于滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)育受損（特別是滋養(yǎng)層細(xì)胞遷移），慢性熱暴露降低了胎盤循環(huán)中的激素濃度。在胎盤生長(zhǎng)期間熱暴露的影響大到足以限制早期胎兒發(fā)育，甚至在最大胎兒生長(zhǎng)階段之前[24]。然而，Soto等人[25]研究發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激對(duì)繁殖效率的主要影響是在懷孕的前17d，使用遮陰有利于提高羊群的懷孕率。熱應(yīng)激試驗(yàn)組與對(duì)照組湖羊相比，熱應(yīng)激前后差異表達(dá)的新基因中信號(hào)通路，主要包括氧化磷酸化﹑MAPK信號(hào)通路，鈣信號(hào)通路等，阻斷細(xì)胞生長(zhǎng)和引發(fā)凋亡，最終調(diào)控動(dòng)物繁殖力[26]。

在35℃時(shí)，熱應(yīng)激公羊的瘤胃體積和瘤胃溫度顯著升高，瘤胃緩沖能力﹑原蟲數(shù)量﹑總揮發(fā)性脂肪酸濃度和氨氮濃度顯著降低，pH不受影響[27]。

3 熱應(yīng)激對(duì)羊日糧影響

熱應(yīng)激降低了日糧干物質(zhì)﹑粗蛋白質(zhì)﹑粗脂肪和能量的消化率，但不影響日糧粗纖維的消化率。在75%粗料水平下，消化率的降低最為嚴(yán)重，添加脂肪卻可以緩解消化率的降低。高溫對(duì)日糧代謝能也有抑制作用，對(duì)75%粗料日糧代謝能的抑制作用最大。75%粗料組羔羊胸內(nèi)和皮下溫度高于25%粗料組，且該趨勢(shì)在高溫環(huán)境下增強(qiáng)。熱應(yīng)激后各組血清蛋白組分無(wú)明顯變化（P>0.05），血糖濃度顯著升高（P<0.05）[28]。

在不改變粗飼料消耗的情況下，室內(nèi)溫度保持35℃時(shí)，公羊的精料攝入量減少了約13%[29]。春季期間，薩福克羊在高溫條件下與遮陰條件下相比，日采食量和飼料轉(zhuǎn)化率也顯著降低[30]。

4 小結(jié)

分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，如基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，為探討羊?qū)釕?yīng)激的調(diào)控提供了重要思路，發(fā)掘出與羊耐熱性相關(guān)的各種生物信息。為接下來(lái)進(jìn)一步培育出耐熱性強(qiáng)的羊品種，從分子遺傳學(xué)角度解決羊熱應(yīng)激問(wèn)題，達(dá)到提高育種選擇耐熱性的精確度和效率。