生肌決定因子（M yoD）基因家族調控動物生產性能發揮的研究概述

項露頡，孫麗敏，姜懷志

（吉林農業大學動物科學技術學院，吉林　長春　130118）

生肌決定因子（M yoD）基因家族調控動物生產性能發揮的研究概述

項露頡，孫麗敏，姜懷志?

（吉林農業大學動物科學技術學院，吉林長春130118）

生肌決定因子（M yoD）基因家族在研究動物肉用性能的工作中起著至關重要的作用，這個基因家族參與著肌肉的生長和分化過程，并在這一過程中扮演著總開關的作用。本文介紹了生肌決定因子（M yoD）基因家族的發現、分子結構、功能、調控機制、研究進展以及未來前景展望等。

M yoD；作用；機制

隨著社會經濟的發展和人民膳食結構的改善，特別是畜禽遺傳改良的不斷深入，人們人均肉類占有量及膳食中肉類結構在逐漸的提高與優化。高蛋白低脂肪的牛羊肉類在人們膳食結構中的比重在不斷提高，雖然我國近年來牛羊肉的產量在不斷增加，但其在肉類中所占比重不足15%[1]，即使是豬、禽等大宗戶肉類動物，個體產肉量也仍低于發達國家。

產肉性能和肉質品質是畜禽的主要生產現狀，如何篩選出能夠調控畜禽產肉性能與肉質的相關基因，并定向選育出生長發育快、產肉性能高、肉質優良個體一直是動物育種工作者的追求目標。大量研究表明，生肌決定因子（MyoD）基因家族則具有這方面的功能。

1　MyoD基因家族的發現

MyoD家族是Davis等于1987年首次發現[2]，而后，Braun等和Tapscott等根據人與小鼠MyoD的同源性，于1989年從人類胎盤的骨骼肌cDNA文庫中分離得出MyoD（或Myf3）、Myogenin（MyoG）、Myf5、Myf6，并且在1989至1990年間分別將這幾個基因定位在人類第11號染色體和第12號染色體上[3-5]。

MyoD家族包括4個基因，分別是生肌決定因子MyoD、肌細胞生成素Myogenin（MyoG）、生肌因子5 Myf5和Myf6（MRF4）。

2　生肌決定因子（MyoD）基因家族的分子結構

MyoD基因家族是同源片段，它們的同源性高達80%的，氨基酸序列都有一個包含68個氨基酸的殘基，都有一個保守的、大小為80個氨基酸序列的中央蛋白基序（moti f），稱為堿性螺旋-環-螺旋（basic helix-loop-hel i，b-HLH）結構，這個堿性區域含有豐富的精氨酸和賴氨酸[6-7]。其中，Basic結構是HLH螺旋結構的延伸，也是這一家族蛋白與DNA相互作用的區域，而與其他因子相互作用的位點則在HLH這個螺旋結構上，這是一個重要的調控區域。在這個堿性螺旋-環-螺旋區域外，還有兩個決定MyoD基因家族成員功能的同源區，緊靠堿性區的MRM的C-末端，富含絲氨酸和蘇氨酸。

3　生肌決定因子（MyoD）基因家族的生物學功能

構成肌肉的基本單位是肌纖維，肌纖維的直徑、密度、面積比例、肌節長度和肌纖維類型等都將決定肉品質，肌纖維直徑越細、密度越大、肌節長度越長，肉質就越細膩[8]。

產肉力和肉質性狀的形成基礎是骨骼肌的生長和發育，骨骼肌是胚胎發育過程中最早形成的組織之一，由體節細胞經過一系列的增殖、遷移、分化形成的骨骼肌組織。生肌調控因子（MyoD）基因家族不僅與脊椎動物胚胎期肌細胞的增殖和分化以及肌纖維的數量的增加和體積的增大有著密切的關系，而且可以激活靜止的肌衛星細胞、將多種類型的細胞（成纖維細胞、原代培養的成軟骨細胞、平滑肌細胞等）轉化為骨骼肌細胞[9]，促進成肌細胞融合為肌管，還對個體出生后骨骼肌系統的成熟和功能的完善也起著至關重要的作用[10]。

MyoD基因家族在骨骼肌生長的聯合作用是誘導前成肌細胞分化發育形成肌纖維[11]，不同階段起著不同的作用，肌細胞的發育過程主要分為三個階段：早期分化階段、成熟階段以及后期分化階段[12]。在這個過程中，MyoD基因參與調節成肌細胞的增殖和肌肉的生長、促進多種類型的細胞轉化成成肌細胞，促使成肌細胞進一步成為成熟的肌纖維[13]，Myf5基因與MyoD基因同源性較高，兩者的功能有部分重疊[14]，在作用上可以互補[15]。MyoG基因與成肌細胞的分化和肌肉肥大有關，抑制成肌細胞的增殖，并調節單核的成肌細胞分化成多核的肌纖維[16]，Myf6基因與MyoG基因同源性較高，兩者的功能有部分重疊，可以控制肌肉分化[6，17]，在作用上也可以互補。MyoD和Myf5主要作用在骨骼肌發育的初級階段，成肌前體細胞的分化方向和成肌細胞的增殖；MyoG和Myf6主要作用在骨骼肌發育次級階段，成肌細胞向終末骨骼肌纖維細胞融合和分化[18]。

4　生肌決定因子（MyoD）基因家族對肌肉生長的調控機制

生肌決定因子（MyoD）基因家族在骨骼肌細胞生長與分化的過程中起著總開關的作用。在這一過程中，MyoD基因家族正向調控肌肉的生長，主要分為三種形式：①E-box依賴調節途徑（E-box-dependent pathways），E-box是指作為兩個b-HLH區域形成的可以識別對稱DNA的識別序列，CANNTG就是E-box序列，是一個DNA結合最小位點，基因的b-HLH區域與E-box結合，就激活了肌肉基因的轉錄。②非E-box依賴調節途徑（E-box-in-dependent pathways)，有些骨骼肌的基因缺乏E-box，但仍能被MyoD基因家族激活，MyoD抑制素（I-mfa，inhibitor of MyoD fami ly）是一種轉錄調節因子，通過抑制MyoD基因家族轉錄的活性來負向調控肌細胞的生長。③自身激活，MyoD基因家族成員中，可以自己激活自身從而進行轉錄，也可以互相激活或者增強轉錄效應。有許多因子和癌基因可以抑制MyoD基因家族的轉錄活性，從而來調節肌肉細胞的生長以及分化。這些抑制因子包括成纖維生長因子受體（FGF receptor）、Id（inhibitor of DNA binding）、c-jun、c-fos、cycl in D1[6，9]。

5　生肌決定因子（MyoD）基因家族在調控畜禽產肉性能方面研究概述

1987年，Davis等首次發現MyoD基因家族，隨后，確定了其堿性螺旋-環-螺旋（basic hel ixloop-heli，b-HLH）的分子結構。

5.1MyoD基因家族與動物產肉性狀的關系產肉性能指標包括宰前活體重、胴體重、屠宰率、凈肉率、眼肌面積、GR值和骨肉比等一系列指標，MyoD基因家族通過控制肌纖維細胞的生長和體積的增大來影響著肉用動物的產肉能力。

馬海玉等[10]采用PCR-SSCP技術檢測阿勒泰羊周歲公羊MyoD基因的遺傳多態性，結果表明，MyoD基因外顯子1上的點突變可能是影響阿勒泰羊產肉性能的重要位點，MyoD基因可以作為阿勒泰羊產肉性能的候選基因。朱春紅等[18]采用qPCR技術分析高郵鴨和金定鴨胸肌早期發育及MyoD1基因的表達，結果表明，MyoD基因控制不同品種鴨的胸肌生長，為MyoD基因的調控機理提供了有力依據。李偉等[19]對山羊胎兒成纖維細胞系MyoD基因異位表達的研究，采用RT-PCR技術使MyoD基因cDNA的終止密碼子突變，再定向克隆出山羊MyoD基因，結果表明，MyoD基因能誘導成肌細胞的肌管形成。李飛等[20]采用熒光定量PCR方法對關嶺牛在不同部位肌肉組織mRNA表達量進行檢測分析，結果表明，背最長肌MyoD基因表達量最高，且隨著時間的增長和年齡的增大，MyoD基因的表達量也逐漸增多。由此可見，MyoD基因家族的各個成員在產肉動物生長過程中起到了至關重要的作用，通過調節骨骼肌的生長、分化和誘導肌管的形成來間接控制產肉量。

肉質指標包括肉色、PH、大理石花紋、失水率、系水力、嫩度和熟肉率等一系列指標，MyoD基因家族的各個基因分別在肌肉的生成過程中發揮著不同的作用，影響著肉質性狀的優良程度。

郭月英等人采用PCR-SSCP方法檢測Myf6基因的多態性以及Myf6基因與在巴美肉羊和小尾寒羊肉質的相關性，研究結果表明，不同基因型的Myf6基因對巴美肉羊和小尾寒羊的肉質性狀都有不同程度的控制[17]。朱礪等[21]采用PCR-RFLP的方法，分析了MyoD基因在不同豬種及部分雜交群體中的分布情況，還分析了MyoD基因對肌纖維、胴體品質、胴體等級性狀和肉質性狀的遺傳效應。結果表明，MyoD基因對肌纖維的生長和增大有著密不可分的關系，可以作為提高胴體質量的候選基因。田璐等[22]采用PCR-SSCP方法，對3個黃牛品種以及4個雜交肉牛品種的MyoD基因進行多態性檢測并分析與肉質的相關性，研究結果表明，不同基因型對肉牛的肉質性狀有著不同程度的影響。趙廣珍等[23]采用PCR-RFLP技術分析杜長大三元雜交豬MyoD1基因第1外顯子的單核苷酸多態性來探究MyoD1基因與肉質性狀間的關系，結果表明，MyoD基因的單個基因以及基因的表型對肉質性狀都有一定程度的影響。Knol l等[24]研究MyoD基因對豬胴體質量的影響，研究結果表明MyoD基因內含子1上的DdeI-PCR-RFLP位點對豬胴體瘦肉率、眼肌面積、皮脂含量、腿臀比例和胴體長度都有一定程度的影響，從而間接影響豬肉的肉質性狀。Verner等[25]根據豬MyoD基因的多態性得出研究結論，MyoD基因與大理石花紋性狀有顯著的相關性。Lee等[26]研究豬MyoD基因多態性結果表明，MyoD基因在肌纖維特性、瘦肉率及肉質性狀上存在不同程度的影響。劉宏祥等[27]采用實時熒光定量PCR方法對不同胚齡的金定鴨腦部、肝臟和腓腸肌MyoD基因的表達量，結果表明，MyoD基因在腓腸肌的表達量最高。曹婷等[15]利用Real-time PCR技術，檢測五指山豬不同組織中MyoD基因的表達，結果表明，在五指山豬的8中組織（心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟、肌、胃、小腸）中均有表達，其中，肌肉組織中的表達量最高。

5.2MyoD基因家族與動物生長發育的關系生長發育性狀主要包括初生重、斷奶重、6月齡重、12月齡重、18月齡重及外貌體尺等一系列指標。MyoD基因家族對產肉動物的生長發育性狀有一定的影響。

Te Pas等[28]對MyoG基因進行了Msp I-PCR-RFLP檢測，并對個體的遺傳效應進行了分析。結果顯示，MyoG部分基因型對豬初生重、胴體重、日增重和瘦肉重都有顯著影響。王琪等[29]采用PCR-SSCP技術檢測涼山細毛羊MyoD基因多態性以及通過最小二乘分析和顯著性檢驗，結果表明，MyoD基因對涼山細毛羊的多種性狀都有不同成程度的影響。張海軍等[30]采用PCR-SSCP技術檢測波爾山羊和徐淮山羊MyoD基因家族多態性與體尺性狀的相關性，結果表明，MyoD基因家族對這兩個品種山羊的體高和管圍有著不同程度的影響。

由此可見，MyoD基因家族對產肉動物的生長發育性狀有很大的影響。

6　小結

因為MyoD基因家族在動物產肉方面起著至關重要的作用，所以對于產肉動物來說，如何提高產肉力以及肉質性狀，對MyoD基因家族的研究至關重要。由于MyoD基因家族的功能重要，眾多學者在多種動物的基因水平上對MyoD基因家族都有相關的研究，根據目前大量的研究成果進行分析，MyoD基因家族還有很大的研究空間。這個基因家族對于研究肉質性狀方面的研究潛力很大，也有很高的提升空間，在未來也需要做進一步的研究。

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The research ofMyogenic Determ ination Gene(MyoD)fam ily to controlanimalproduction characteristics

Xiang Luj ie,Sun Limin,Jiang Huaizhi*
（Ji lin Agricul tural University Col lege of animal science and technology,Ji linChangchun130118）

Myogenic Determination Gene(MyoD)fami ly plays an important ef fect on the study of animal meat characteristics,this gene fami ly takes par t in muscle development and di f ferentiation,also a main switch.This review int roduces the discovery,st ructure,fuction,cont rol mechanism,research progress and future prospect.

MyoD;Fuction;Mechanism

S852.2

A

1672-9692(2016)02-0054-05

2016-01-04

項露頡（1991-），女，碩士研究生，主要從事綿羊遺傳育種與繁殖方面的研究工作。

姜懷志（1968-），男，博士，教授，博士生導師，主要從事絨山羊種質特性與選育的研究。

吉林省科技發展計劃項目（20120802）。