國內外肉牛分子標記輔助育種的研究進展

李 娜，張金山，李紅波，周振勇，閆向民，杜 瑋，張 楊＊

（1.新疆農業大學動物科學學院，新疆 烏魯木齊市830052；2.新疆畜牧科學院畜牧研究所，新疆 烏魯木齊市830000）

全球肉牛的育種方向都要經歷由數量型向質量型的轉變，育種的目標主要考慮兩個方面：一是如何培育出更低的脂肪含量的品種，這樣即可降低生成脂肪高于生成肌肉那一部分能量所需成本，又可減少脂肪的增加給人們帶來的健康問題；二是如何改善牛肉品質，從而提高產品的附加值。目前肉牛育種主要目標除了繼續提高生長速度、繁殖性能、產肉量，優質肉質成為了肉牛育種的新目標。

如何實現肉牛育種新目標？分子育種發揮其怎樣的作用？有關基因標記輔助選擇的應用情況如何？本文就有關問題對國內外相關研究進行綜述。

1 分子標記輔助選擇概述

隨著分子遺傳學、分子生物技術、數量遺傳學和計算機技術的飛速發展，有關分子遺傳標記和標記輔助選擇方面的研究廣泛地開展起來。一種新的選種方法分子標記輔助選擇（MAS）在家畜育種中產生了巨大的影響。其手段主要是在畜禽生產性能目標性狀選擇時，將分子標記應用于動物育種改良過程中，借助分子標記達到對目標性狀基因型進行選擇［1］。也就是通過對遺傳標記的選擇，間接實現對控制某性狀的數量性狀位點的選擇，從而達到對該性狀進行選擇的目的，或通過遺傳標記來預測個體基因型值或育種值（晏兆莉等，1996）［2］。MAS的目的就是用DNA水平的選擇代替以表型為基礎的選擇。MAS應用于畜禽育種實踐的基本技術路線是：尋找包含QTL（QTL是影響某個數量性狀的單個基因或染色體片段）的染色體片段，在這些區域內標定QTL的位置，并找到QTL緊密連鎖的遺傳標記；在這些找到與性狀變異有關的特定基因及其功能位點；在遺傳標記的輔助下較準確地對特定性狀進行選擇（朱慶，2000）［3］。

MAS具有很大優勢，可以在肉牛的生命早期開始而不必等待生產性能完全表現出來，可以在兩性中同時選擇任何生產性狀，突破了限性性狀只能從單種性狀選擇的局限，可以選擇屠體性狀和抗體性狀，而不必做昂貴的屠宰試驗和疾病應激試驗，可用于合并兩個或更多品種的優良生產性狀座位，可在品種內選擇改良。MAS技術將成為21世紀牛遺傳改良的重要手段和方法。特別是良種選育，在優質肉牛的選育方面，利用生物技術手段，包括超數排卵胚胎移植技術，以及標記輔助選擇，可為肉牛業的發展提供技術保證，尤其是在肉質要求不斷提高的今天，研究心臟脂肪酸結合蛋白基因對牛肉的嫩度、大理石花紋的調控機理，對于培育我國的高檔肉牛品種有著重要的意義。從而改變我國高檔牛肉長期依賴進口的局面，也能帶動肉牛業的快速發展，增加養殖戶的收入。

2 國內外肉牛分子育種研究進展

國內外關于肉牛分子育種研究較多，主要集中在肉用性狀上，研究的功能基因已超過40個，這些基因主要包括與肉牛生長發育性狀、屠宰性狀、肉品質性狀、繁殖性狀、抗病性狀相關的基因。

2.1 生長、發育相關基因輔助選擇

生長發育候選基因研究較多，涉及GH、GHRH、GHR、POU1F1、IGFBP－3、IGF－1、IGF－2、MEF2、TG、MC3R、MC4R、AGRP、NPY、POMC、CART、Ghrelin、Hcrtr1、Orexin、HTR1B、HTR2A、CLPG、DRB3、MyoG、VEGF－A、POU1F1、Gli3等26個功能基因。國外研究主要集中荷斯坦、安格斯、比利時蘭牛、皮埃蒙特牛，國內主要集中在秦川牛、南陽牛、魯西牛、晉南牛、郟縣紅牛和新疆褐牛。Ruppert等（1998）發現Gli3基因，是Gli3家族中的一員。Gli1、Gli2和Gli3均有5個保守的鋅指結構，鋅指間結構由組氨酸、半胱氨酸連接，顯示出該家族基因在動物生長發育過程中具有重要的調節作用。te Welscher等（2002）［4］發現 Gli3可作用于dHand和 Germlin，對肢體的發育產生抑制作用。McDermott等（2005）［5］利用組織原位雜交技術檢測發現Gli3基因表達于第一體節前的中胚層。目前國內關于動物Gli3基因的報道多是有關于雞的，牛上還很少，只有王柯憶等（2010）［6］人對南陽牛Gli3基因多態性及其與生長性狀的相關性進行研究。認為該基因可作為南陽牛早期生長性狀標記輔助選擇的標記之一。

家畜POU1F1基因的研究主要集中在POU1F1基因型多態性以及基因型與生長性狀的相性方面。迄今為止，已先后在荷斯坦、安格斯、比利時蘭牛、皮埃蒙特牛和我國秦川牛、新疆褐牛等多個品種上發現了PitE6H（Hinf l）多態性位點，國內對POU1F1基因型多態性與家畜生長性狀的研究開始的較晚。近兩年才看到有關POU1F1基因型與牛生長性狀相關性研究的報道。西北農林科技大學劉波、陳宏等（2005）［7］對 秦 川 牛 及 其 雜 種 后 代 POU1F1 的PitE6HI（Hinf l）基因型多態性與生產性能進行了比較，發現B基因型（AB/BB）牛的胸圍和十字部高顯著高于AA型（即：BB＞AB＞AA）；劉磊、張楊、劉明軍等（2008）［8］，運用PCR－RFLP技術分析新疆褐牛POUlFl基因第六外顯子Hinf1酶切位點多態性與新疆褐牛早期生長性狀（如出生重、斷奶重、平均日增重等）的相關性，得出新疆褐牛第六外顯子Hinfl酶切位點A/B等位基因頻率分別為0.2990/0.7010A等位基因在新疆褐牛中屬于劣勢等位基因；牛志剛、史洪才等（2011）［9］對新疆褐牛 POU1F1基因多態性分析及早期生長曲線進行比較，結果POU1F1基因AA、AB、BB三種基因型中，BB基因型具有極限體質質量大，生長速率快，拐點體質量及生長拐點月齡大等特點。

2.2 屠宰性狀相關基因輔助選擇

屠宰性狀相關基因研究相對較少，由于屠宰性狀的樣本資料獲得相對較難，造成抽樣誤差，在一定程度上限制了屠宰性狀遺傳標記的研究。現共涉及IGFBP－3、DGAT1、DGAT2、MSTN、MyT2、MSTN、Myf－5、Myf－6、My0D、My0D1、My0G、SCD1、CAPN3等13個功能基因。Sun［10］等揭示IGFBP－3基因不同基因型對13頭24月秦川牛部分屠宰性狀有一定的影響。AA型個體的眼肌面積大于BB型個體（P＞0.05）AB型和BB型個體胴體脂肪含量高于AA型個體（P＜0.01）；孫維斌等研究（2003）了秦川牛IGFBP－3基因多態性與秦川牛高檔牛肉、南陽牛屠宰率和產肉率相關性顯著。但IGFBP－3基因多態性對于魯西牛、晉南牛屠宰性狀無影響［11，12］。目前，國內外關于IGFBP－3基因多態與經濟性狀相關性研究的報道不多，而且在僅有的報道中還存在著結論不一致的現象。為此，進一步研究IGFBP－3基因遺傳變異，并分析它們與牛生長發育等經濟性狀的關系，具有重要的理論和和實踐意義。Myf5基因在南陽牛群體中，18月齡南陽牛AA型個體則極顯著高于AB和BB型個體；在秦川牛群體中，AA型個體的體高和十字部高顯著低于AB和BB型個體；郟縣紅牛AA型個體的坐骨端寬顯著高于其它兩種基因型個體。關于秦川牛、南陽牛、蒙古牛、牦牛、渤海黑牛和西門塔爾牛MSTN基因序列特征和多態性均有報道［13，14］。

2.3 肉品質性狀相關基因標記輔助選擇

肉品質相關基因研究涉及Leptin、CAST、CAPN1、CAPN4、UCP3、H－FABP、LPL、FAS等功能基因。Wylie等（2010）［15］研究報道，內源性瘦素是牛肉大理石花紋的一個潛在的遺傳標記，但是瘦素與肌間脂肪含量和其它脂肪組織的關聯性并未被發現。李武峰等（2004）［16］利用PCR－RFLP方法在牛 H－FABP基因內發現了1個變異酶切位點，為第2內含子上的Hae－RFLP；對此利用最小二乘法擬合線性模型對不同分子標記基因型效應值間肉品質大理石花紋和嫩度性狀進行差異顯著性檢驗，結果表明，牛HFABP基因中的h等位基因，尤其是hh純合基因型對牛肉嫩度剪切力值有較大的影響。周國利等（2004）［17］研究了魯西黃牛 H－FABP基因與大理石紋和嫩度等性狀的關系，結果表明，BB純合基因型對牛肉嫩度有較大的影響。文力正等（2008a，2008b）［18，19］運用 PCR－SSCP 方 法 對草原紅牛 及 其改良群體H－FABP基因5＇調控區進行研究，結果顯示，不同基因型間剪切力差異極顯著。王卓等（2008）［20］對秦川牛 H－FABP基因進行分析，結果發現，雜合體在后腿圍、背膘厚、大理石花紋、胴體胸深及嫩度等方面顯著高于純合子。李志才等（2010）研究結果發現，H－FABP基因的多態性與湘西黃牛的牛肉肌內脂肪含量和大理石花紋間存在顯著的相關性。從目前研究現狀來看，H－FABP在脂肪沉積方面有一定的作用，但是對H－FABP基因參與IMF含量遺傳學變異并沒有給出確切解釋。因此，我們應將H－FABP作為影響IMF含量的侯選基因，進行深入研究，以期找到一種調節IMF含量的方法，進而改善肉品質。

2.4 繁殖性狀相關基因輔助選擇

隨著分子遺傳學和分子生物技術的飛速發展，使得人們在基因水平上研究動物經濟性狀有了可能，隨之許多控制牛繁殖性狀的功能基因逐漸被發現，借助分子生物技術手段來提高牛繁殖性狀成為人們研究提高牛繁殖性能的另一個方向。目前繁殖性狀所涉及FSH、LH、GDF9、RXRG、GnRH、PRLR、cAMP、ACTN1、C－myc等9個功能基因。Rahal等（2000）［21］報道牛FSHR基因的第10外顯子存在多態性，但尚未進一步確定與繁殖性狀的關系。雷雪芹等（2004）［22］以秦川牛和荷斯坦奶牛的雙胎母牛和單胎母牛為試驗材料，以牛的FSHR基因的第10個外顯子作為標記牛雙胎性狀的候選基因，結果發現，在秦川牛的雙胎母牛雙胎牛和單胎牛二者之間FSHR基因的第10個外顯子的突變率差異明顯，FSHR基因的第10個外顯子有可能作為雙胎性狀的候選基因。在牛上，目前主要集中在對母牛繁殖性狀的研究上，應用GnRH可以幫助提高排卵遲緩、隱性發情或發情持續時間短的母牛受胎率（于影等2007）［23］。國內外對RAR基因在繁殖力上的影響研究很多，而RXR在影響繁殖力方面的研究尚不多見（黃萌等，2008）［24］；魯西牛群體的該位點的基因型效應與雙胎性狀進行關聯分析表明，基因型分布在魯西、雙胎牛群體上差異極顯著（黃萌等，2008）。

3 結語

分子標記的產生和應用為畜禽抗病育種提供了新的思路，同時也為今后肉牛育種實踐開創了分子育種的新領域。利用分子標記輔助育種與常規的選種方法相比，主要表現在不受性別、年齡等環境因素影響的情況下，充分利用表型、系譜和遺傳標記獲得更大的信息。因而可以進行早期選擇，大大縮短育種年限，提高育種值的準確性。為肉牛肉質改良開拓了更廣闊的應用前景。但也應該看到分子育種的不足，雖然國內外有關分子標記在肉牛育種上有不少成功實例，但是從總體上看，還仍處于試驗研究階段，要真正有效地用于規模化的肉牛育種，就要解決常規表型選擇和標記輔助選擇結合度，育種巨額花費等不少問題。

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