牦牛分子標(biāo)記研究進(jìn)展

李?lèi)?ài)民,馬 云,2,藍(lán)賢勇,馬 偉,陳 宏＊

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,陜西 楊凌 712100;2.信陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,河南 信陽(yáng) 464000)

牦牛分子標(biāo)記研究進(jìn)展

李?lèi)?ài)民1,馬 云1,2,藍(lán)賢勇1,馬 偉1,陳 宏＊1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,陜西 楊凌 712100;2.信陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,河南 信陽(yáng) 464000)

牦牛是青藏高原高寒草地牧區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展中最重要的畜種。作為當(dāng)前遺傳育種的熱點(diǎn),分子標(biāo)記技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于牦牛分子育種研究中。為此,本文以影響牦牛生長(zhǎng)發(fā)育、肉品質(zhì)、繁殖和泌乳相關(guān)的基因?yàn)榍腥朦c(diǎn),結(jié)合現(xiàn)代DNA標(biāo)記與起源進(jìn)化分析,就牦牛分子標(biāo)記研究的最新進(jìn)展作一綜述。

牦牛;分子標(biāo)記;基因;標(biāo)記輔助選擇(MAS);研究進(jìn)展

1 引言

牦牛是牛屬動(dòng)物中能適應(yīng)高寒氣候環(huán)境條件而延續(xù)至今的特有牛種。它具有地方特異性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)和耐粗飼等優(yōu)點(diǎn),且受現(xiàn)代良種的沖擊較小,已成為當(dāng)前青藏高原高寒草地牧區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展中最重要的畜種。我國(guó)現(xiàn)有牦牛1300萬(wàn)頭左右,約占牛只總數(shù)的1/6,主要分布在青海、四川、甘肅、云南、西藏和新疆等省份或自治區(qū)。但目前人們認(rèn)為,牦牛仍屬生產(chǎn)性能較低的原始牛種,主要牦牛產(chǎn)區(qū)雖曾采用過(guò)種間雜交改良和本品種選育等方法來(lái)提高牦牛的生產(chǎn)性能,但由于受到雜種雄性不育、群體生產(chǎn)性能與系譜資料記錄的不完整等因素的影響,故未取得顯著成效。為此,目前關(guān)于牦牛現(xiàn)代育種的研究和應(yīng)用主要集中在分子育種水平。

分子育種是利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)和基因工程等方法,以基因?yàn)閷?duì)象,選育、培育或改良出符合人類(lèi)要求的新品種或品系。牦牛分子育種研究涉及重要候選基因DNA變異及其遺傳效應(yīng)研究和分子標(biāo)記輔助選擇(marker-assisted selection,MAS)研究。牦牛分子標(biāo)記輔助選擇是直接在DNA水平上對(duì)控制生長(zhǎng)發(fā)育、肉品質(zhì)、繁殖和泌乳等經(jīng)濟(jì)性狀的基因型或基因進(jìn)行選擇,具有高效和快速育種的特點(diǎn),克服了傳統(tǒng)雜交選擇法的各種缺陷。為此,本文以牦牛生長(zhǎng)發(fā)育、肉品質(zhì)、繁殖和泌乳相關(guān)基因?yàn)榍腥朦c(diǎn),結(jié)合現(xiàn)代DNA標(biāo)記與起源進(jìn)化分析,就牦牛分子標(biāo)記研究的最新進(jìn)展作一綜述。

2 牦牛分子標(biāo)記研究

生長(zhǎng)發(fā)育、肉品質(zhì)、繁殖和泌乳等生產(chǎn)性狀是牦牛主要的經(jīng)濟(jì)性狀。因此,控制這些重要經(jīng)濟(jì)性狀的相關(guān)重要基因DNA變異及其關(guān)聯(lián)分析和起源進(jìn)化研究,成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn),為牦牛的MAS研究奠定基礎(chǔ)。

2.1 與生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因的研究

與牦牛生長(zhǎng)發(fā)育性狀相關(guān)候選基因的研究,主要涉及三類(lèi):I類(lèi)是以GH為介導(dǎo)的重要基因,包括生長(zhǎng)激素(G H)、生長(zhǎng)激素受體(GHR)和生長(zhǎng)激素釋放激素(GHRH);II類(lèi)是以IGF為介導(dǎo)的重要基因,如:胰島素生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)、胰島素生長(zhǎng)因子-2(IGF-2);III類(lèi)是肌肉生長(zhǎng)抑制素(MS TN)等功能基因。其中,MS TN通過(guò)抑制MyoD家族成員轉(zhuǎn)錄活性負(fù)向控制肌細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育,家畜MS TN基因的活性喪失可導(dǎo)致肌肉增大,體重增加。目前,對(duì)牦牛上述基因的研究結(jié)果總結(jié)如表1所示。

2.2 與肉品質(zhì)相關(guān)基因的研究

與牦牛肉質(zhì)性狀相關(guān)的候選基因主要有:(1)激素敏感脂肪酶(HS L):是動(dòng)物體內(nèi)引發(fā)脂肪組織中甘油三酯分解的關(guān)鍵酶和限速酶,在動(dòng)物脂肪代謝中起到關(guān)鍵作用;(2)脂蛋白脂肪酶(LPL):是由脂肪細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、乳腺細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等實(shí)質(zhì)細(xì)胞合成的一種蛋白水解酶;(3)瘦素(Leptin):是一種主要由脂肪細(xì)胞分泌的激素,調(diào)節(jié)機(jī)體能量平衡及營(yíng)養(yǎng)改變時(shí)神經(jīng)內(nèi)分泌的應(yīng)答反應(yīng);(4)鈣蛋白酶抑制蛋白(CAST):是鈣蛋白酶的內(nèi)源抑制蛋白;(5)血管生成素相關(guān)蛋白-4(ANG PT L4):可以抑制脂蛋白脂肪酶的活性,時(shí)正調(diào)控血漿甘油三酯水平,促進(jìn)脂肪動(dòng)員,抑制脂肪貯存等;(6)鈣激活蛋白酶-1(CAPN1):是細(xì)胞質(zhì)中主要的蛋白水解酶,降解肌原纖維蛋白;(7)硬脂酰輔酶 A脫氫酶-1(SCD1):可以影響牛肉中脂肪酸(FA)水平的變化等。有關(guān)這些基因在牦牛分子標(biāo)記方面的研究成果見(jiàn)表2。

表1 與牦牛生長(zhǎng)發(fā)育性狀關(guān)聯(lián)基因的分子標(biāo)記研究

表2 與牦牛肉品質(zhì)性狀關(guān)聯(lián)基因的分子標(biāo)記研究

2.3 與繁殖性狀相關(guān)基因的研究

與牦牛繁殖性狀相關(guān)基因的研究,如表3所述:(1)促卵泡激素-β(FSH-β)在促進(jìn)雌性動(dòng)物子宮內(nèi)膜生長(zhǎng)、排卵、刺激多卵泡發(fā)育及刺激雄性動(dòng)物的精子發(fā)生方面起著主要作用;(2)促卵泡素受體(FSHR)介導(dǎo)FSH的信息傳遞到靶細(xì)胞內(nèi);(3)SRY是睪丸決定因子,其是否突變直接決定了哺乳動(dòng)物的性別表型。

表3 牦牛繁殖性狀關(guān)聯(lián)基因的分子標(biāo)記研究

2.4 與泌乳性狀相關(guān)基因的研究

與牦牛泌乳性狀相關(guān)基因的分子標(biāo)記研究,主要集中在乳鐵蛋白基因家族和乳上皮黏蛋白(MUC1)基因。乳鐵蛋白基因家族主要包括β-CN、κ-CN 、α-La、αS1-CN 、β-Lg 等成員 ,其均具有廣譜抗菌、抗病毒和調(diào)節(jié)腸道菌群的重要生理功能,對(duì)促進(jìn)和調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)鐵的吸收,提高機(jī)體造血功能,預(yù)防和減少貧血的發(fā)生等方面起著重要的作用。關(guān)于MUC1基因的功能還未見(jiàn)明確的報(bào)道,但根據(jù)其結(jié)構(gòu)和分布特點(diǎn),可以推測(cè)其在調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫和阻止病原微生物方面具有重要作用。有關(guān)牦牛這些基因的分子標(biāo)記研究如表4所示。

表4 牦牛泌乳性狀關(guān)聯(lián)基因的分子標(biāo)記研究

2.5 分子標(biāo)記技術(shù)在牦牛其它方面的研究

關(guān)于牦牛起源問(wèn)題及其在牛亞科中與其它物種的親緣關(guān)系一直存在爭(zhēng)議,目前主要有兩種不同的觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)認(rèn)為牦牛與牛屬的親緣關(guān)系比較近;另一種觀點(diǎn)認(rèn)為牦牛與野牛屬的親緣關(guān)系比較近。冀德君等[26]以蒙古牛、雷瓊牛、巴音郭楞牦牛、獨(dú)龍牛、海子水牛、尼里拉菲水牛6個(gè)牛亞科物種共101頭牛為實(shí)驗(yàn)材料,運(yùn)用PCR-SSCP及 DNA測(cè)序法對(duì)MSTN基因外顯子2進(jìn)行了多態(tài)性研究,結(jié)果顯示牦牛與普通牛、瘤牛的分化較明顯,親緣關(guān)系較遠(yuǎn),在一定程度上也支持了牦牛及大額牛劃為牛亞科中單獨(dú)一個(gè)屬的觀點(diǎn)。Zhangetal.[27]通過(guò)研究決定遺傳變異水平的16個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記,并進(jìn)行種群結(jié)構(gòu)的相關(guān)性分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)94.4%的遺傳變異存在于牦牛品種之內(nèi),僅有5.6%的遺傳變異存在于牦牛和其它牛品種之間。動(dòng)物線粒體DNA因其進(jìn)化速度快、群體內(nèi)變異大、分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),已成為進(jìn)行物種起源、分子進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育研究的重要分子標(biāo)記。Tu,etal.[28]應(yīng)用PCR-RFLP法,對(duì)21頭牦牛(采自云南)的腎臟(肝臟)組織進(jìn)行了線粒體DNA的多態(tài)性研究,初步判斷牦牛與黃牛的親緣關(guān)系較之黃牛不同品種之間較遠(yuǎn)。因此,分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用,為牦牛起源和進(jìn)化的研究提供了可能。

3 存在問(wèn)題與展望

目前,牦牛分子育種雖取得了較大突破,但與國(guó)內(nèi)其它優(yōu)良牛種的育種相比,仍有很多不足之處:①部分分子遺傳標(biāo)記在牦牛研究中運(yùn)用不夠深入,未發(fā)揮出其應(yīng)有的優(yōu)勢(shì),如對(duì)SSCP、SNP、DN A指紋標(biāo)記技術(shù)應(yīng)用較少;②對(duì)牦牛核外基因組研究相對(duì)較少;③對(duì)牦牛經(jīng)濟(jì)性狀功能基因多態(tài)性研究較多,而對(duì)其多態(tài)性與生產(chǎn)性能的相關(guān)性分析研究較少,未能與生產(chǎn)性能進(jìn)行相關(guān)性探討;④牦牛功能基因的定位、表達(dá)調(diào)控研究尚未深入研究;⑤從分子水平上對(duì)犏牛雄性不育的機(jī)理以及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性研究開(kāi)展不夠深入等。

從DNA分子標(biāo)記技術(shù)在牦牛遺傳育種研究中的應(yīng)用及牦牛功能基因的研究現(xiàn)狀來(lái)看,大多數(shù)DNA分子標(biāo)記在牦牛品種的起源、演化和分類(lèi)研究以及牦牛品種間和品種內(nèi)親緣關(guān)系鑒定方面,以及牦牛功能基因的研究不斷深入,成果顯著。在牦牛組織表達(dá)譜研究方面,目前也獲得一定的研究成果,如屈旭光[29]等對(duì)牦牛、犏牛睪丸組織中S YCP3基因mRNA表達(dá)水平進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)SYCP 3基因在牦牛睪丸組織中特異表達(dá),牦牛與犏牛睪丸組織中SYCP3基因的表達(dá)水平差異極顯著(P<0.01);林亞秋等[30]對(duì)九龍牦牛PPARγ基因進(jìn)行了克隆及表達(dá)譜分析,結(jié)果在脂肪、背最長(zhǎng)肌、心、肝、腎、脾和肺臟中均檢測(cè)到PPARγ基因的表達(dá),并且在脂肪組織中表達(dá)量極顯著高于其他組織(P<0.01),在肝臟和脾臟中亦有較高表達(dá);鄺良德等[31]對(duì)九龍牦牛脂肪細(xì)胞型脂肪酸結(jié)合蛋白基因(AFABP)的克隆及其表達(dá)譜研究,發(fā)現(xiàn)除肺以外,在脂肪、骨骼肌、心、肝、腎和脾中均檢測(cè)到A-FABP基因的表達(dá),并且在脂肪組織中表達(dá)量極顯著高于其他組織(P<0.01),這些研究為牦牛相關(guān)候選基因的后續(xù)功能驗(yàn)證提供了理論依據(jù)。由此可見(jiàn),分子生物技術(shù)已經(jīng)深入到牦牛的研究當(dāng)中,并隨著分子理論知識(shí)的不斷發(fā)展完善,以及牦牛育種工作經(jīng)驗(yàn)的積累,分子育種將會(huì)對(duì)牦牛的保護(hù)和利用起重要作用,并成為未來(lái)牦牛品種改良的主要工具。

[1]歐江濤,鐘金城.牦牛生長(zhǎng)素基因的測(cè)序和多態(tài)性研究[J].黃牛雜志,2003,29(2):9-12.

[2]白晶晶,胡江,成述儒,等.牦牛G H基因多態(tài)性的PCR-SSCP分析[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,45(1):1-5.

[3]白晶晶,王繼卿,胡 江,等.甘南牦牛GH基因的SNPs分析[J].中國(guó)牛業(yè)科學(xué),2009,35(2):1-5.

[4]歐江濤,鐘金城,趙益新,等.牦牛生長(zhǎng)激素釋放激素基因的克隆及序列分析[J].四川畜牧獸醫(yī),2003,30(5):27-30.

[5]張森,閻 萍,梁春年,等.三個(gè)牦牛品種生長(zhǎng)激素受體(GHR)基因PC R-SSCP[J].中國(guó)草食動(dòng)物,2008,28(3):18-20.

[6]潘和平,姚玉妮,梁春年,等.大通牦牛 IGF-I基因多態(tài)性及其與生長(zhǎng)性能相關(guān)性的研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,43(6):33-37.

[7]王丁科,梁春年,閻萍,等.牦牛IGF2內(nèi)含子8的遺傳多態(tài)性及其遺傳效應(yīng)分析[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,37(5):39-42.

[8]梁春年,閻萍,刑成峰,等.牦牛M ST N基因內(nèi)含子Ⅱ遺傳多樣性研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2009,24(5):16-19.

[9]馬志杰,鐘金城,字向東,等.三個(gè)牦牛群體激素敏感脂肪酶(HSL)基因外顯子Ⅰ的多態(tài)性[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,42(1):370-376.

[10]邢成峰.牦牛LPL和H-FABP基因多態(tài)與生長(zhǎng)發(fā)育性狀相關(guān)性研究[D].北京:中國(guó)科學(xué)院,2009.

[11]梁春年,邢成峰,閻 萍,等.牦牛LPL基因外顯子7多態(tài)性與生長(zhǎng)性狀相關(guān)性的研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2010,25(5):16-19.

[12]劉自增,閻萍.天祝白牦牛 Leptin和S CD1基因單核苷酸多態(tài)性與肌肉脂肪酸含量的關(guān)聯(lián)性分析[J].中國(guó)畜牧獸醫(yī),2011,38(4):154-159.

[13]王建華,楊聯(lián),張利平,等.牦牛CAS T基因部分序列的S NPs研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,45(5):1-5.

[14]馬云,侯 飛,李榮榮,等.天祝白牦牛ANGP TL4基因的單核苷酸多態(tài)性研究[J].中國(guó)牛業(yè)科學(xué),2010,36(6):6-11.

[15]吳孝杰,楊 聯(lián),張利平,等.牦牛 CAPN1基因部分序列的SNPs研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,45(4):28-32.

[16]任春明,字向東,張重慶,等.麥洼牦牛和九龍牦牛FS H-β基因的PCR-SSCP分析[J].西南名族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,(33)1:88-91.

[17]魏伍川,許尚忠.牦牛FS HR基因第10外顯子的序列測(cè)定及比較研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,39(2):101-105.

[18]Bai W L,Yin R H,Zhao S J,et al.A PCR assay for sex determination of yak(Bos grun nien s)meat by amplification of th e male-specific S RY gene[J].Food Con trol.2010,21(5):726-731.

[19]姜?jiǎng)灼?毛永江,熊遠(yuǎn)著,等.牦牛乳蛋白基因雜合度與泌乳性能的關(guān)系[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,26(3):68-72.

[20]M ao Y J,Zhong G H,Zhen g Y C,et a l.Genetic Polymorphism of Milk Protein and Their Relationships w ith Milking Perform ances in Chin ese Yak[J].Agricultural Sciences in C hina,2004,3(4):310-315.

[21]白文林,鄭玉才,尹榮煥,等.大通牦牛生長(zhǎng)激素基因和κ-酪蛋白基因的PC R-RFLP研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2005,14(4):1-4.

[22]白文林,鄭玉才,尹榮煥,等.天祝白牦牛三個(gè)功能基因部分序列的PCR-RFTP研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,4:84-86.

[23]BaiW L,Yin R H,Zhao S J,et a l.C haracterization of a kappa-casein genetic variant in the Chinese yak,Bos g runniens[J].Journal of dairy scien ce,2008,91(3):1204.

[24]Prinzenberg E M,Jianlin H,Erh ardt G.Genetic Variation in th eκ-Casein Gen e(CSN3)of C hinese Yak(Bos grun nien s)and Phylogenetic Analysis of CS N3 S equences in the Genus Bos[J].Journal of Dairy Science,2008,91(3):1198-1203.

[25]丁一,毛曉玲,鄭玉才.水牛和牦牛乳上皮黏蛋白遺傳多態(tài)性的研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,49(3):519-521.

[26]冀德君,常春芳,常洪,等.中國(guó)牛亞科6個(gè)物種 MST N基因外顯子2多態(tài)性及分化研究[J].中國(guó)畜牧雜志,2009,45(1):1-4.

[27]Zhang G X,Chen W S,Xue M,et al.Analysis of genetic diversity and population stru cture of Chinese yak b reeds(Bos grun niens)u sing microsatellite markers[J].Jou rn al of genetics and genomics,2008,35(4):233.

[28]Tu Z C,Qiu H,Zhang Y P.Polym orphism in Mitoch ondrial DNA(mtDNA)of Yak(Bos grunniens)[J].BiochemicalGenetics,2002,40:187-193.

[29]屈旭光,李齊發(fā),劉振山,等.牦牛、犏牛睪丸組織中SYCP3基因mRNA表達(dá)水平研究[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào),2008,39(8):1132-1136.

[30]林亞秋,鄺良德,徐亞歐,等.九龍牦牛PPARγ基因的克隆及其表達(dá)譜分析[J].中國(guó)畜牧雜志,2010,46(17):6-10.

[31]鄺良德,林亞秋,徐亞歐,等.九龍牦牛脂肪細(xì)胞型脂肪酸結(jié)合蛋白基因(A-FABP)的克隆及其表達(dá)譜[J].農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào),2010,18(6):1098-1102.

Progress on Molecular Marker in Yak

LI Ai-min1,MA Yun1,2,LAN Xian-yong1,MA Wei1,CHEN Hong＊1

(1.Colleg e of An ima lS cience and Techno log y,North west A&F University,Yang ling,S haan xi,712100;2.Co llege of life Science,X in yang Normal University,X inyang,Henan,464000)

Yak is the mostim portant livestock ofindispensable key breeds for the development of modern husbandry in Alpine Pasture area of Qinghai Tibet Plateau.As the hot spot of breeding and genetics,molecular marker technology has been widely used in molecular breeding of yak now.Therefore,in this paper,the latest advancement of molecular markers in yak were reviewed involving numerous key candidate genes associated with grow th traits,meat quality traits,reproduction and milk production traits as well as origin and evolution ofyak.

Yak;Molecular Marker;Gene;Marker Assistant Selection(MAS);Progress

S823.2

A

1001-9111(2011)04-0030-05

2011-03-11

2011-04-02

本研究受農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代肉牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)項(xiàng)(No.CARS-38),國(guó)家自然科學(xué)基金(No.30972080)和國(guó)家支撐計(jì)劃(No.2008ADB2B03-19)項(xiàng)目資助。

李?lèi)?ài)民(1984-),男,甘肅天水人,在讀碩士,研究方向:生物技術(shù)與動(dòng)物育種。

＊通訊作者:陳宏(1955-),男,陜西西安人,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:生物技術(shù)與動(dòng)物育種。