肌肉生長抑制素及其在動物育種中的應用

孫丹紅 王 浩 孫 聰

（1.遼寧省撫順縣動物疫病預防控制中心，撫順 113100；2.遼寧省撫順市動物衛生監督所，撫順 113000）

“雙肌?！保―M），其特征是有非常多的肌肉組織，不同的特征用來描述雙肌牛。如，瓶狀大腿（bottle-thighed）、復腰（doppel lender or double loin）、灰狗肚（Yorkshire，greyhound belly）、雙尻（Teeswater and double rumped）。對雙肌基因和其等位基因（double muscular／ norma1）的表示方法也有許多種，如，DM／N、D／n、DM／dm、C/N、c／n、A/a及rnh／+等。

雙肌表型的特征是肌肉過度增大，特征是身體的前部或是后四分之一部分，有顯著突出的發達肌肉。肌肉間有明顯的肌溝分界線。其他的體格特征包括四肢骨成色，和雄性新生仔畜的巨舌癥。雙肌動物有較低的骨和脂肪含量，有較高比率的“值錢”的肉。然而它也存在一些缺點，這些缺點包括生育力降低，犢牛成活率下降，應激性增高，和難產。

1 雙肌牛的歷史

一般認為比利時蘭牛是雙肌牛的原型，比利時蘭牛源于在1850年左右利用英國短角牛和荷蘭Friesians牛與比利時本地牛的雜交，目的是為了培育乳肉兼用型牛。在20世紀40年代，其品種又一分為二，肉用和乳用分開，之后比利時蘭牛就逐漸被培育成為了優良的肉用牛品種。通過對比利時蘭牛長期細致的觀察和研究Quesada & Cachafeiro 認為雙肌表型被有9個不同的基因型表達為4種不同的表型。

2 雙肌的生理學鑒定

盡管命名為雙肌，但雙肌表型并不是指肌肉的重迭，而是肌纖維數量的增加和變粗（肥大），雙肌牛在出生時的肌纖維含量就幾乎是正常牛的2倍。雙肌牛白肌纖維的比率較高，并且有較低的膠原物質。有報道稱雙肌牛的肌肉中結締組織含量很少，這可能是其敏感的原因。此外還發現雙肌牛和正常牛相比有不同水平的激素水平，雙肌牛血漿中（GH）水平始終低于正常牛的水平。胰島素也有相似結果，正常牛血清中肌酸和肌酸肝。肌肉IGF2（胰島素樣生長因子）mRNA濃度也比雙肌牛的要高。

通過強迫運動訓練，雙肌牛比正常牛表現出了更易疲勞的特征。其原因是血液循環減少（血容量降低和血細胞比容值下降）引起的代謝性酸中毒，其一方面導致了氧的運輸缺乏，另一方面也降低了雙肌牛肌肉組織的有氧代謝活性。雙肌牛大量的肌肉導致了在熱應激過程中較高的產熱量，并伴有較低的散熱能力（呼吸容量減少）。然而需要注意的是，雙肌表型不僅僅受品種的影響而且還受營養和性別的影響。

正如前面論述的，雙肌牛胴體的脂肪含量顯著的低于正常牛，尤其是肌內的脂肪，我們熟知的“大理石樣斑紋”在雙肌表型牛中受到極大的影響?！按罄硎瘶影呒y”的減少導致了肉口味等級的降低，并且有報道稱導致“大理石樣斑紋”減少的的原因是皮下和體內固有的脂肪組織細胞體積的減小。有研究表明這種變異也存在于比利時蘭牛的脂肪庫中。在評定雙肌牛肌內的脂類總量和不飽和脂肪百分率過程中發現其脂類總量值低，不飽和脂肪百分比高。雙肌牛和正常牛分別有11%和2.7–6.1%的不飽和脂肪酸比率。并且比利時蘭品種的肌內脂肪中極性脂質脂肪酸和亞油酸的比率非常的高。雙肌牛比其他正常品種的牛有非常高的瘦肉率，并且肉的脂肪含量很低，而且脂肪多為不飽和的，所有這些特征都和現在的健康標準都相當的吻合。

雙肌牛與正常牛相比表現出生殖力下降，雙肌牛很少能足月生產，這意味著其胚胎有更高的死亡率。

3 Myostation遺傳評價和其在肌肉調控中的作用

肌肉肥大的變異源于myostatin（MSTN）或是生長和分化因子-8（GDF8）基因，它有強大的保守區，并能在正在發育的和發育成熟的骨骼肌中表達。Myostatin基因位于牛2號染色體頂部包括3個外顯子和2個內含子。并且在豬、水牛、斑馬魚、海洋烏頰魚、雞、和家鼠中都有發現。

Myostatin能夠積極地抑制骨骼肌生長。由于在純合子中有功能缺失突變體mh等位基因，所以會導致肌肥大。從比利時藍或是皮愛蒙特父本中遺傳了單拷貝突變體mh等位基因的動物與沒有遺傳突變體mh等位基因的動物后代相比，能夠增加最長肌的長度和產量，并且能減少外部和肌內的脂肪沉積。

目前發現MSTN基因序列有6個突變，這6個突變使基因失活引起肌肥大。比利時藍牛的mh核苷酸缺失11bp（821-831），這種缺失的結果是導致缺失后面的第14個密碼子開始翻譯功能被破壞，結果造成C-端的7個氨基酸被翮譯，剩余的102個氨基酸（274～375）全部丟失，蛋白功能喪失。羧（末）端區域在TGF-β超家族中是高度保守的。Asturiana品種的雙肌牛也會發生同樣的突變。與此不同的是皮愛蒙特雙肌牛和Gasconne牛在外顯子3核酸位點938發生突變（C313Y）G-A，造成半胱氨酸為酪氨酸代替，這破壞了蛋白質固有的二硫鍵構象。其他的突變還包括外顯子2中nt419（del7–ins10），從起始密碼起在位點4l9發生的插入/缺火，使7 bp的堿基為毫不相關的1O bp序列所代替，導致氨基酸位點140處N-端潛在相關的縮氨酸中終止子的早熟；外顯子2中核甙酸位點610的轉換C-T，Q204X（氨基酸位點204相關的終止成熟），676位點的轉換G-A，E226X（氨基酸位點226相關的終止成熟），和外顯子3中874核甙酸位點的轉換C-T。這些變異都將導致蛋白活性喪失從而不能調整肌纖維的生成。

此外，myostatin編碼區存在功能缺失突變，研究了10個不同歐洲品種的35個雙肌牛個體表明myostatin基因的編碼區同樣存在大量的突變，最著名的是外顯子1核苷酸位點282的C轉變為A，就是我們熟知的F94L，還有2個非同源性的錯義突變，即分別發生在外顯子1和2上的S105C和D182N。利木贊牛和Blonde d'Aquitaine（金黃阿奎頓牛，法國）并沒有MSTN基因的功能缺失變異。大多數利木贊牛都是F94L突變的純合體，顯然這樣的突變不太可能引起MSTN調控功能的喪失。The Blonde d'Aquitaine（金黃阿奎頓牛，法國）都是典型的天然型純合子牛。這說明還有未確定的因子能導致肌肥大，這些因子可能存在于MSTN編碼區之外。

4 難產

雄性雙肌動物的妊娠期較長，原因是雙肌幼仔比正常幼仔有更高的出生體重。這導致了較高的難產率和較高的新生仔畜死亡率。更加重了這個問題的還有母牛骨盆較高水平的肌肉量，這些肌肉阻止了骨盆的擴張，導致難產。因為難產常發生在純合的mh等位基因突變體母牛身上，雜合（子）的母牛發生難產的幾率很低，并且能夠分娩純合的mh等位基因突變雄性牛犢。這就為育種者提供了一種有效的方法，這不僅降低了出生的成本而且提高了母牛和牛犢的安全性。

5 雙肌的鑒別

鑒別雙肌的典型的依據是肌肥大的程度，評定肌間溝和其他一些外部的特征，比如骨盆傾斜[度]、尾部較高的附著點。過去的鑒別純粹通過描述上述的表形特征，自從發現了myostatin基因并鑒定了家畜的mh變異之后不久，雙肌的鑒定就完全利用遺傳標記試驗來鑒別。正如以前提到的，比利時蘭mh基因外顯子3有11-bp的堿基缺失，位于有生物活性的羧（末）端區域，是一段高度保守的區域，這些缺失可以用來標記DM。多中分子技術已經用來鑒定mh基因的這種變異。Fahrenkrug等首先利用PCR驗證了比利時蘭和Piedmontese牛的nt821（del11）和C313Y變異。1年后Karim等發現牛的myostatin基因有6個變異。這6個變異分別是nt419（del7–ins10），Q204X，E226X，nt821（del11），C313Y 和E291X。這些測定給育種者提供個更好的育種程序。

6 結論

盡管自然的myostatin基因突變只發現在于牛的繁育中，但對其他動物的遺傳修飾，例如綿羊、豬、山羊、雞等也將為時不晚。盡管這有些違背倫理，但經濟的觀點來看，人工誘導的myostatin基因突變動物是有誘人的經濟價值的。

[1]Wiener P.，Smith J.A.，Lewis A.M.，et.al.Muscle-related traits in cattle：the role of the myostatin gene in the South Devon breed[J].Genetics Selection Evolution.2002，（34）：221–32

[2]Karim L.，Coppieters W.，Grobet L.，et.al.Convenient genotyping of six myostatin mutations causing double-muscling in cattle using a multiplex oligonucleotide ligation assay[J].Animal Genetics.2000，（31）：396–399

[3]Miranda M.E.，Dunner S.，Amigues Y.Et.al.SNP Screening at the Myostatin Gene Level in European Cattle Breeds.Proceedings of 27th International Conference on Animal Genetics Minneapolis，USA.2000

[4]Fahrenkrug S.C.，Casas E.，Keele J.W.et.al.（1999）Technical note：direct genotyping of the double-muscling locus（mh）in Piedmontese and Belgian Blue cattle by fluorescent PCR[J].Journal of Animal Science，1999，（77）：2028–2030