牛催乳素基因多態性的研究進展

周 震，魏 勇，解津剛，彭夏雨

（1.石河子大學動物科技學院 832003；2.新疆天潤乳業 830000）

近年來，在國家和各級地方政府奶業振興計劃的推動下，全國奶業發展取得了可喜的成就。《2020中國奶業質量報告》顯示，2019年中，我國全國奶產品產量達到3297.6萬t，位于全球第四位，其中規模化奶牛場貢獻占絕對主導地位，據統計，2018年我國規模牛場數量已超過4000個，規模牛場存欄荷斯坦奶牛達550萬頭，占中國奶牛存欄量的76%（李勝利）。我國奶牛養殖業雖然取得了長足的發展，但是，群體生產水平和效益與世界發達國家相比還存在一定的差距，尤其是育種方面還存在單產水平低、育種水平低、良種數量少、良種覆蓋率低等方面的問題。牛生產力性狀中產奶性狀是最重要的經濟性狀，受微效多基因控制，是奶牛選育的重要方向。作為數量性狀，受環境和遺傳雙重影響，近年來的研究表明，泌乳相關激素如催乳素、雌激素、生長激素等對產奶性狀有著較大的影響[1]，而其中催乳素作為泌乳直接相關激素，其基因表達模式和分泌對產奶性狀有重要作用。

1 催乳素及其基因的結構與功能

在牛上，催乳素是由垂體分泌的一種多肽類激素，它具有啟動和維持泌乳，促進乳腺和性腺發育的功能。催乳素基因位于23號常染色上，長度為8616bp，編碼區大小690bp，由5個外顯子和4個內含子組成，這其中外顯子1大小28bp，外顯子2大小為182bp，外顯子3大小為108bp，外顯子4大小為180bp，外顯子5大小為192bp。共編碼229個氨基酸。催乳素在垂體釋放入血液后作用于靶細胞上的催乳素受體，啟動JAK2/STAT5信號傳導通路，從而作用于并激活STAT5信號傳導因子，促使其作用于乳蛋白基因啟動子的靶序列，啟動或者增強以乳蛋白基因啟動子為作用元件的靶基因表達[2]，曹新等[3]使用了Long PCR方法，擴增了大約9.4kb的DNA片段，構建并轉染細胞，并在轉染的細胞中檢測到牛PRL的mRNA。

圖1 牛催乳素基因（PRL）結構圖

2 催乳素基因多態性研究

眾多研究證明，PRL基因在許多國家不同品種牛中都存在多態性，且該多態性與產奶量、乳脂率、乳蛋白量等產奶性狀有關。

BRYM[4]用PCR-SSCP和測序方法在牛催乳素遠端啟動子區發現了一個新的單核苷酸多態性。結果表明，AA基因型牛垂體催乳素基因表達水平高于GG基因型牛。

劉瑞鑫等[5]對44頭娟姍牛的PRL外顯子2和外顯子4進行研究。發現基因型組合A2G2A4A4的個體的產奶性狀優于其他3種基因型組合的個體，差異顯著（P＜0.05）。這表明了在娟姍牛群體中催乳素基因的突變與產奶性狀具有關聯性。

周國利等[6]對奶牛PRL基因外顯子3的RsaⅠ位點進行酶切分型，結合產奶性狀來看可以得出，AB的產奶性狀略高于AA。O?UZKAN S B[7]研究了催乳素基因外顯子3的多態性。結果發現被檢測種群處于哈代-溫伯格平衡狀態，Singh等[8]研究了PRL內含子3和β-球蛋白基因的外顯子4和內含子4之間的跨越區域，發現Frieswal奶牛PRL的AA基因型頻率高于AB和BB。PRL中的AA和BB基因型以及BLG中的AB和BB基因型可能更適合于提高產奶量。

王麗娟等[9]第4外顯子8398位點進行分析，結合生產數據發現，在泌乳Ⅱ期AG基因型的產奶量極顯著高于GG基因型，但是在乳蛋白率和線性評分方面，則是GG基因型顯著高于AG基因型。在泌乳Ⅰ期和Ⅱ期的其余方面相比較，則3種基因型相互之間比較差異不大（P＞0.05）。MEYER L等[10]以安格斯秋季產奶奶牛為材料研究了催乳素（PRL）基因型和單倍型對表型性狀的影響發現6種單倍型（CAG、TAA、CTG、TTA、TAG、TTG）這表明與牛Prl基因相關的突變可以作為替代牛的早期選擇工具。

李崢等[2]研究了荷斯坦奶牛催乳素基因5′側翼區調控序列，結果顯示，在該序列的906位點處存在突變，該位點多態對荷斯坦牛的產奶量以及乳脂率均有影響。但是賈祥捷在相同位點做了同樣的試驗，結果不太一樣。可能是由于試驗誤差所致。李吉濤[11]對牛催乳素的5’調控區針對乳蛋白率進行了分析，AA與BB相對比差異極顯著，這二者分別于AB基因型相比較則差異不顯著。另外，在頭胎牛中，并沒有出現AA的基因型，推測是由于樣本過少，后期可擴大樣本數量進行補充。除此之外他還對催乳素基因進行了酶切分型[12]，3種基因型的產奶量均差異顯著，且BB＞AB＞AA，說明了B為優勢基因；在乳蛋白率方面，基因型對其有著極顯著的影響，這說明催乳素基因對奶牛產奶性狀有著重要的影響。Uddin等[13]在四個巴基斯坦牛品種的DNA序列中，共鑒定了16個不同的SNP位點。 這些SNP位點可能與牛奶的品質有關。Rincón J C[14]針對荷斯坦奶牛PRL的RsaⅠ位點和bGH基因的MspⅠ位點的多態性進行了研究，結果顯示bGH基因內含子3的MspI多態性對牛奶產量和蛋白質含量有顯著影響。為了確定催乳素基因的影響，應該在更大的樣本量和基因型更平衡的動物群體中進行研究。

3 展望

近年來我國奶業發展迅速，在《2020中國奶業質量報告》中，2019年我國現存欄奶牛1045萬頭，單產達到8.3t，但是與西方國家相比還是存在很大的差距。常規的選育技術存在時間跨度長，效率低、進展慢的缺點，僅僅依賴常規選育方法，短期內無法改變我國主要奶牛群遺傳水平差、育種效率低、生產周期長、與國外品種差距顯著的根本局面，已遠遠不能滿足我國奶業發展的戰略需求。因此應用分子標記輔助選擇（MAS，marker-assisted selection）是有必要的。它可以從分子水平上快速準確地分析個體的遺傳組成，從而實現對基因型的直接選擇，進行分子育種，可有效加快育種進程。而在分子育種方面，前人對于催乳素基因的研究多集中在結合生產性狀進行單個多態位點的分析，在研究方法上多選擇PCR-RFLP方法，此方法操作簡單，容易出結果，缺點是需要酶切位點，現如今也可以利用人為制造堿基的突變來引入新的酶切位點，使該方法的缺點得到了改進。今后對于催乳素基因多態性的研究可逐步涉及到多個多態位點，并結合相應的生產數據進行分析，從遺傳基因的角度來揭示催乳素基因和生產性狀的關聯性，本課題組使用PCR-SSCP的方法對催乳素基因的2個外顯子進行分析，該方法擁有檢測突變分辨力高的特點，可為分子育種提供理論依據。