主要家畜生長發(fā)育相關(guān)基因研究進(jìn)展

王大會(huì)，黃殷琦，安清明，宋興亞，雷初朝，陳 宏，黃永震

（1.銅仁學(xué)院農(nóng)林工程與規(guī)劃學(xué)院，貴州 銅仁 554300；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

生長是指個(gè)體由小到大，體重逐漸增加的現(xiàn)象；發(fā)育是指分化出不同的組織器官，從而產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)與功能，二者緊密相關(guān)。隨著現(xiàn)代畜牧業(yè)的高速發(fā)展，動(dòng)物的市場經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，而動(dòng)物的生長發(fā)育又直接關(guān)系到其經(jīng)濟(jì)利用程度。本文通過對與牛、羊、豬等三類家畜生長發(fā)育性狀有關(guān)的基因研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并對其未來的研究和應(yīng)用進(jìn)行展望，為了解調(diào)節(jié)家畜生長發(fā)育的相關(guān)基因、提高家畜優(yōu)勢育種水平提供參考。

1 牛生長發(fā)育性狀相關(guān)的基因

1.1 生長激素（GH）基因

生長激素（GH）是由腦垂體中生長激素細(xì)胞合成并釋放的一種肽類激素，可促進(jìn)脊椎動(dòng)物骨骼的生長與分化，對糖類、脂肪、蛋白質(zhì)也有著重要的調(diào)節(jié)作用。GH基因在調(diào)節(jié)牛的生長發(fā)育方面有著重要意義。張艷麗等［1］利用分子生物學(xué)技術(shù)，檢測了旱勝牛GH基因的多態(tài)性位點(diǎn)，結(jié)果顯示GH基因第2 外顯子和第5 外顯子均存在多態(tài)性，且不同基因型與各個(gè)生長階段體重、體尺及肉用指數(shù)具有顯著相關(guān)性（P＜0.05），早期選種時(shí)以 BB 型和 CD 型最高。在此之前，也有諸如此類的論證。胡怡菲等［2］利用PCR-RFLP 方法檢測了秦川牛GH基因第5 外顯子的遺傳多態(tài)性，探究2 個(gè)位點(diǎn)（GH-P1、GH-P2）不同基因型與體尺性狀的相關(guān)性，結(jié)果表明，雜合基因型個(gè)體（ABCD）的體尺性狀均顯著高于其他基因型組合（P＜0.05），體斜長、胸深、腰角寬、尻長和尻高等指標(biāo)均有相應(yīng)的增加。高雪等［3］也對3 個(gè)品種219 頭牛進(jìn)行多態(tài)性檢測，初步確定GH基因第5 外顯子上GH-P3 和 3′非翻譯區(qū) GH-P4 位點(diǎn)的組合 ABBB 基因型為肉牛生長發(fā)育最佳組合基因型，其在體尺數(shù)據(jù)方面也均顯著高于其他組合（P＜0.05）。由此可見，GH基因的多態(tài)性位點(diǎn)與牛生長發(fā)育性狀有著緊密的聯(lián)系，通過對牛GH基因的選擇調(diào)控，會(huì)帶來重要的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 垂體特異性轉(zhuǎn)錄因子1（POU1F1）基因

POU 家族是具有高度保守的DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域的一類反轉(zhuǎn)錄因子，POU1F1是其重要的家族成員，能夠調(diào)控GH、TSH等基因的表達(dá)，從而間接影響動(dòng)物的生長發(fā)育，在哺乳動(dòng)物胚胎生長分化過程中也起到重要作用。

20 世紀(jì)末，Woollard 等［4］首次發(fā)現(xiàn)牛POU1F1基因第6 外顯子HinfⅠ酶切位點(diǎn)多態(tài)性。1997 年，Renaville 等［5］以意大利荷斯坦公牛為研究對象，發(fā)現(xiàn)POU1F1基因B 等位基因?qū)Ξa(chǎn)乳量等經(jīng)濟(jì)性狀有較好的影響。2005 年，劉波等［6］對秦川牛的POU1F1基因的第6 外顯子進(jìn)行檢測，分析不同基因型與體重、體尺性狀之間的相關(guān)性，結(jié)果表明AB、BB 型個(gè)體在胸圍、十字部高等指標(biāo)顯著高于AA 型（P＜0.05）。劉磊等［7］運(yùn)用 PCR-RFLP 技術(shù)，對新疆褐牛POU1F1基因第6 外顯子HinfⅠ酶切位點(diǎn)多態(tài)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該基因與新疆褐牛早期性狀有一定相關(guān)性，B 等位基因?yàn)閮?yōu)勢基因，在斷奶重、平均日增重、3～6 月齡體尺指標(biāo)等方面都顯著優(yōu)于A 等位基因（P＜0.05）。綜上所述，為得到更優(yōu)秀的個(gè)體，POU1F1可作為候選基因進(jìn)行品種選育。

1.3 肌肉生長抑制因子（MSTN）

肌肉生長抑制因子是TGF-β 超家族的成員之一，MSTN基因主要起到調(diào)控胚胎發(fā)育、維持組織穩(wěn)態(tài)的作用，且其是骨骼肌生長的負(fù)調(diào)控因子。

所謂雙肌性狀，是由于MSTN基因的突變或缺失使蛋白質(zhì)活性降低或喪失造成。比利時(shí)蘭牛的MSTN基因第3外顯子上丟失了11 bp片段；而意大利皮埃蒙特牛是因?yàn)镸STN基因第3外顯子上一處的G突變?yōu)锳［8，9］，二者均有雙肌現(xiàn)象。Gill等［10］通過探究安格斯父本肉牛MSTN基因上片段的缺失與經(jīng)濟(jì)形狀相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)MSTN基因的突變與胴體重、臀部肉重等生長指標(biāo)呈顯著相關(guān)（P＜0.05）。由此看出，MSTN基因也是影響生長發(fā)育性狀及肉質(zhì)性狀的重要因素。

1.4 生肌調(diào)節(jié)因子家族基因（MRFs）

生肌調(diào)節(jié)因子家族基因（MRFs）包含4 種不同的肌肉特異性基因，分別定位于肉牛不同的染色體上。研究發(fā)現(xiàn)，MRFs具有促進(jìn)肌肉纖維形成的潛在功能，對調(diào)控動(dòng)物骨骼肌細(xì)胞的生長和分化起到關(guān)鍵作用［11］。

Myf-5是生肌調(diào)節(jié)5 號(hào)因子，在肌肉的生長發(fā)育過程中，Myf-5基因的表達(dá)量對肌纖維形成的數(shù)量和大小有一定的影響。Robakowska-hyzorek 等［12］以雜交牛為試驗(yàn)對象，研究發(fā)現(xiàn)了牛背部的瘦肉重和脂肪重與Myf-5在背最長肌中的表達(dá)量有一定關(guān)系。MyoD是MRFs的重要成員之一，與生長發(fā)育形狀緊密相關(guān)。田璐等［13］檢測了MyoD基因的多態(tài)性位點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)其基因的表達(dá)與牛胴體重、凈肉重等肉質(zhì)生長發(fā)育相關(guān)性狀有顯著性關(guān)系。

1.5 脂肪型脂肪酸結(jié)合蛋白基因（Adipocyte fatty acid binding-protein gene，A-FABP）

脂肪型脂肪酸結(jié)合蛋白基因是脂肪酸結(jié)合蛋白家族（FABPs）的重要成員之一，在牛上定位于14 號(hào)染色體上，對應(yīng)的mRNA 長度為625 bp。該基因主要在動(dòng)物脂肪細(xì)胞中表達(dá)，參與調(diào)控甘油三酯的形成和脂肪的分解。劉艷妍等［14］對A-FABP基因區(qū)段進(jìn)行多態(tài)性檢測，并以秦川牛為試驗(yàn)動(dòng)物測定分析其基因型，結(jié)果表明A-FABP與許多生長發(fā)育相關(guān)性狀（如屠宰率、肌內(nèi)脂肪含量等）都具有顯著性關(guān)系。因此初步推測A-FABP是牛生長發(fā)育的主效基因或候選基因。

2 羊生長發(fā)育性狀相關(guān)的基因

2.1 綿羊多胎基因（FecB）

多胎性狀是肉用綿羊不斷追求和改進(jìn)的重要性狀之一，F(xiàn)ecB基因是有關(guān)綿羊的多胎性狀中最早被研究的基因。

1980 年，Davis 發(fā)現(xiàn)并提出在布魯拉系美利奴羊中存在FecB基因。Mishra 等［15］用存在FecB基因的2 個(gè)品種的牛進(jìn)行雜交，發(fā)現(xiàn)F1 中有較多個(gè)體存在B+基因型的FecB基因，其中至少50%可以繁殖出具有多胎性狀的羔羊，且攜帶B+基因型的個(gè)體其斷奶重較++基因型個(gè)體高出20.9%。崔緒奎等［16］利用杜泊羊和小尾寒羊進(jìn)行雜交，發(fā)現(xiàn)B+基因型母羔體重、體尺指標(biāo)都極顯著高于++基因型母羔（P＜0.01）。柳楠等［17］利用小尾寒羊和兩種羊進(jìn)行雜交，在雜交品種中均檢測到BMPR-IB的突變，多態(tài)性效果顯著，推測FecB基因可作為培育肉用綿羊的有效候選基因。綜上所述，F(xiàn)ecB基因?qū)ρ蛏L發(fā)育有一定的影響。

2.2 綿羊雙肌臀基因（CLPG）

CLPG基因被發(fā)現(xiàn)于美國的Moffat 羊群中的1只陶賽特公綿羊，是影響綿羊生長性狀的主要基因。CLPG基因定位于綿羊的18 常染色體上，是由于其上的一處堿基突變而產(chǎn)生。以獨(dú)特的“父本極性超顯性”傳遞給后代，即父本獲得該基因的雜合子后，后代表現(xiàn)出雙肌臀性狀。其遺傳效應(yīng)涉及肉用綿羊、毛用綿羊等多個(gè)品種［18］。CLPG基因可使羊的某些部位，尤其是腰部和腿部的肌肉過度發(fā)育而顯著增大［19］，使肌肉含量增高而脂肪含量降低，從而提高肉用綿羊的瘦肉率［20］。由于CLPG基因可能會(huì)導(dǎo)致肌肉過度發(fā)育，則其肌內(nèi)脂肪減少，使肌肉嫩度降低而變得堅(jiān)硬，從而影響肉質(zhì)的口感［21，22］。

2.3 心臟型脂肪酸結(jié)合蛋白基因（Heart fatty acid binding protein，H-FABP）

作為脂肪酸結(jié)合蛋白家族的重要成員，HFABP 富含于心臟中，是一種可參與轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝脂肪酸的功能胞漿蛋白。目前，多種家畜的H-FABP基因已被克隆和定位，并將其和肌內(nèi)脂肪含量（IMF）進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。在哺乳動(dòng)物中，H-FABP已被證明可作為 IMF 影響的候選基因［23］。

近年來，H-FABP與羊肌肉脂肪含量的研究甚多，Huang 等［24］對公哈薩克羊研究發(fā)現(xiàn)，H-FABP與IMF 極顯著相關(guān)（P＜0.01）；郝稱莉等［25］研究發(fā)現(xiàn)，湖羊在 0～3 月齡，其體內(nèi)H-FABP與 IMF 呈強(qiáng)正相關(guān)（P＜0.01）。由此可見，H-FABP對羊體內(nèi)脂肪含量具有正向調(diào)控作用，從而影響肉用羊的生長發(fā)育。

2.4 脂蛋白脂酶基因（Lipoprotein lipase，LPL）

脂蛋白脂酶是一種由多種細(xì)胞合成和分泌的糖蛋白，定位于羊的8 號(hào)染色體上。LPL基因通過催化甘油三脂的分解供組織氧化分解供能，以此參與動(dòng)物脂肪的沉積，影響脂肪代謝。喬永等［26］試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，哈薩克羊中LPL基因的表達(dá)量與羊的日齡呈負(fù)相關(guān)。姚焰礎(chǔ)［27］發(fā)現(xiàn)，在體重較小的羊體內(nèi)，LPL基因的表達(dá)量也較小；而隨著后續(xù)不斷的生長發(fā)育，LPL基因的表達(dá)也有明顯提高（P＜0.05）。因此，可推測，LPL基因的表達(dá)量對動(dòng)物體內(nèi)脂肪代謝的強(qiáng)度有一定影響。

3 豬生長發(fā)育性狀相關(guān)基因

3.1 胰島素生長因子2 基因（IGF-Ⅱ）

胰島素生長因子（IGFs）是多功能細(xì)胞生殖調(diào)控因子，目前已發(fā)現(xiàn)兩種低分子多肽IGF -I 和IGF-Ⅱ。單鏈弱堿性蛋白IGF-Ⅱ含有67 個(gè)氨基酸，分子質(zhì)量為7 471 Da。

IGF-Ⅱ是促進(jìn)細(xì)胞、胚胎、組織生長分化的關(guān)鍵因素，其對豬的生長發(fā)育也有著重要的影響。張冰［28］利用 PCR-SSCP 技術(shù)對 223 頭陸川豬和 81 頭大白豬進(jìn)行SNP 檢測并加以分析，發(fā)現(xiàn)IGF-Ⅱ基因外顯子2 座位的基因型效應(yīng)對陸川豬和陸川豬的初生重和平均日增重均有顯著影響（P＜0.05）。閆德超［29］研究發(fā)現(xiàn)IGF-Ⅱ基因第三內(nèi)含子上的多態(tài)性位點(diǎn)與初生重、背膘厚、達(dá)100 kg 體重日齡等生長發(fā)育性狀顯著相關(guān)（P＜0.05）。由此可見，IGF-Ⅱ可作為影響豬生長發(fā)育的主基因的候選基因。

3.2 瘦素及其受體基因（Leptin）

瘦素（Leptin）是一種脂肪細(xì)胞分泌因子，參與調(diào)控豬的脂肪沉積與代謝過程，定位于豬的6 號(hào)染色體上。龍火生［30］研究結(jié)果表明，Leptin基因在瘦肉型豬的脂肪組織中的表達(dá)量低于脂肪型豬，其在瘦肉型豬的血清中的表達(dá)量也較脂肪型豬低。Rammay［31］用Leptin對豬的脂肪細(xì)胞進(jìn)行處理，結(jié)果表明，經(jīng)處理后脂肪細(xì)胞脂解程度升高而脂肪酸合成下降。Leptin還被發(fā)現(xiàn)可能對骨骼肌細(xì)胞有調(diào)控作用［32］。因此Leptin基因被認(rèn)為對動(dòng)物肉質(zhì)生長發(fā)育有一定影響，并逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

3.3 脂肪酸合成酶基因（Fatty acid synthase，F(xiàn)ASN）

脂肪酸合成酶是一種多酶復(fù)合體，具有在細(xì)胞質(zhì)中催化脂肪酸合成的功能。FASN主要是通過調(diào)控脂肪的生成進(jìn)而調(diào)控動(dòng)物肉質(zhì)的生長發(fā)育。Grzes 等［33］選用 4 個(gè)商用品種的豬進(jìn)行多態(tài)性檢測，并與其豬肉脂肪酸組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明，F(xiàn)ASN基因是與豬脂肪沉積相關(guān)的候選基因。Choi 等［34］對200 頭杜洛克豬進(jìn)行屠宰和分析，探討其肉質(zhì)性狀與FASN基因多態(tài)性的關(guān)系。FASN基因經(jīng)酶切分型后可得 CC、CA 和 AA 型，其中 AA 型促進(jìn)了肉質(zhì)大理石花紋、不飽和脂肪酸含量等指標(biāo)的提高。因此FASN基因也被看作是在動(dòng)物生長發(fā)育過程中參與調(diào)控肉質(zhì)脂肪和脂肪酸組成的重要候選基因。

3.4 肥胖相關(guān)基因（Fat mass and obesity associated gene，F(xiàn)TO）

肥胖相關(guān)基因是一種調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞沉積進(jìn)而調(diào)控肌內(nèi)脂肪（IMF）沉積的基因，定位于豬的6 號(hào)染色體上。FTO通過參與豬脂肪細(xì)胞的增殖分化來影響脂肪的形成。Chen 等［35］通過干擾FTO基因，抑制其表達(dá)，發(fā)現(xiàn)豬肌內(nèi)前體脂肪細(xì)胞的增殖受到了抑制，表明FTO基因可正向調(diào)控豬脂肪細(xì)胞的增殖分化。Fu 等［36］發(fā)現(xiàn)FTO基因在背肌中的表達(dá)量顯著高于其他組織。Zhang 等［37］發(fā)現(xiàn)FTO基因的表達(dá)與豬的多個(gè)肉質(zhì)性狀呈顯著相關(guān)。因此，F(xiàn)TO基因參與豬生長發(fā)育及其肌肉、脂肪的形成，其或可成為改善豬肉質(zhì)的潛在候選基因。

4 發(fā)展與問題

目前，動(dòng)物的生長發(fā)育已逐漸成為畜牧業(yè)研究的熱點(diǎn)，動(dòng)物體內(nèi)一些基因的多態(tài)性位點(diǎn)的研究已有很多論述，對家養(yǎng)動(dòng)物的培育和選育有著強(qiáng)有力的理論支持，將其應(yīng)用于動(dòng)物的生長發(fā)育和生產(chǎn)等方面，會(huì)增加動(dòng)物的市場經(jīng)濟(jì)效益。這些基因中的一些基因被應(yīng)用在醫(yī)療等方面，如IGF-Ⅰ可用于治療侏儒癥患者；MC4R可用于治療肥胖癥等，為治療疾病提供了新的方法。

研究影響動(dòng)物生長發(fā)育的基因，不僅會(huì)提高動(dòng)物的經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)使人類獲得更好的生活質(zhì)量。但是在研究過程中也存在一些問題，如雙肌效應(yīng)雖然會(huì)增大肌肉含量，但也會(huì)提高流產(chǎn)的概率；對POU1F1基因的調(diào)節(jié)機(jī)理尚不十分清楚，還需要更進(jìn)一步研究其內(nèi)在的分子機(jī)制。

綜上所述，與家畜生長發(fā)育相關(guān)的基因仍在不斷研究中，改進(jìn)或解決上述類似的問題將會(huì)促使人類在動(dòng)物遺傳育種領(lǐng)域取得更多的進(jìn)步。