山羊多羔性状候选基因的研究进展_陈杨.pdf

2023(15):25-30专论与综述收稿日期:2022-11-28;修回日期:2023-04-14基金项目:湖北省重点研发计划项目“马头山羊健康饲养、快繁技术集成与示范”(2021BBA247)作者简介:陈 杨(1999 ),女,硕士研究生,研究方向为动物遗传育种与繁殖,chenyhoo27 .通信作者:程蕾(1983),女,高级畜牧师,博士,研究方向为动物遗传育种与繁殖,chenglei_011 .DOI:10.13881/ki.hljxmsy.2022.11.0284 山羊多羔性状候选基因的研究进展 陈 杨1,2,刘辰晖1,余 婕1,胡修忠1,向 敏1,周 源1,赵胜兰1,夏永春3,程 蕾1(1.武汉市农业科学院,武汉 430208;2.华中农业大学 动物科学技术学院,武汉 430070;3.郧西县青青马头羊养殖专业合作社,湖北 郧西 442624)中图分类号:S827;Q344+.13文献标识码:A 文章编号:1004-7034(2023)15-0025-06摘 要:多羔性状是肉用山羊的重要经济性状之一,针对该性状的品种改良及选育一直都是产业关注的重点。随着以基因组测序为代表的分子生物学技术的不断发展,分子辅助标记及基因编辑等分子育种技术为地方山羊品种改良及多羔山羊新品种培育提供了效率高、成本低、耗时短的新路径。基于此,多羔性状候选基因的筛选及鉴定工作已成为山羊遗传改良领域的研究热点,并且取得了重要进展。文章对卵泡刺激素受体(follicle stimulating hormone receptor,FSHR)基因、促性腺激素释放激素受体(gonadotropin releasing hormone receptor,GnRHR)基因、促黄体生成素(luteinizing hormone,LH)基因、骨形态发生蛋白15(bone morphogenetic protein 15,BMP15)基因、骨形态发生蛋白受体1B(bone morphogenetic protein receptor 1B BMPR-1B)基因、生长分化因子 9(growth differentiation factor 9,GDF9)基因、吻素(kisspeptins,KISS1)基因、视黄醇结合蛋白 4(retinol-binding protein4,RBP4)基因、褪黑素受体 1A(melatonin receptor 1A,MTNR1A)基因及抑制素 A(inhibin A,INHA)基因等 10 个重要的山羊多羔性状候选基因在山羊染色体定位、RNA 水平表达、单核苷酸多态性及其对多羔性状的调控机制等方面的研究现状进行了综述,以期为山羊多羔性状功能基因及重要分子标记研究提供参考。关键词:山羊;多羔性状;候选基因;多态性;分子育种 开放科学(资源服务)标识码Open Science Identity(OSID)养羊业是我国畜牧业的重要组成部分,山羊存栏数、出栏数及羊肉产量均位列世界第一1。在草食家畜中,羊的饲料转化率较高,采食范围和适应性较广,可以充分利用其他家畜无法利用的资源,进而提高我国农业资源的综合产出率,对促进畜牧业经济发展、维护产业平衡和健康可持续发展具有重要作用。同时,随着人们生活水平的提高和生活方式的转变,居民肉类消费结构不断转型升级,越来越倾向于选择食用高蛋白、低脂肪的优质动物肉制品如羊肉,肉羊产业的发展对发展国家经济、提高居民生活质量具有积极作用。繁殖性能是直接影响山羊养殖经济效益的重要性状。产羔数作为反映繁殖性能的一个关键指标,受微效多基因控制,遗传力相对较低(0.090.12),常规育种技术很难在短期内取得显著的改良进展2。随着分子生物学技术的发展,高通量测序、基因组选择、分子标记及遗传修饰等技术日趋成熟,越来越多与山羊多羔性状相关的候选基因被陆续挖掘和鉴定,并应用于本地山羊品种改良和新品种的培育中。关于多羔性状候选基因的研究多集中于卵泡刺激素受体(follicle stimulating hormone receptor,FSHR)基因、促性腺激素释放激素受体(gonadotropin releasing hormone receptor,GnRHR,GnRHR)基因、促黄体生成素 基因(luteinizing hormone,LH)、骨形态发生蛋白 15(bone morphogenetic protein 15,BMP15)基因、骨形态发生蛋白受体 1B(bone morphogenetic protein receptor 1B,BMPR-1B)基因、生长分化因子9(growth differentiation factor 9,GDF9)基因、吻素(kisspeptins,KISS1)基因、视黄醇结合蛋白 4(retinol-binding protein4,RBP4)基 因、褪 黑 素 受 体 1A(melatonin receptor 1A,MTNR1A)基因及抑制素 A522023(15):25-30专论与综述(inhibinA,INHA)基因等。本文对上述重要候选基因的研究进展进行了综述,以期为挖掘山羊多羔分子标记提供参考。1 FSHR 基因FSHR 是 G 蛋白偶联受体超家族中的糖蛋白亚家族成员之一,包括细胞外域、细胞内域及跨膜域3 个部 分。FSHR 与 其 配 体 卵 泡 刺 激 素(follicle stimulating hormone,FSH)结合后刺激卵泡发育和成熟、促进排卵和产生雌激素等。山羊 FSHR 基因位于11 号染色体上,共有 10 个外显子和 9 个内含子,其mRNA 长 2 088 bp,编码 695 个氨基酸残基。现有的研究结果表明,对山羊 FSHR 基因单核苷酸多态性(SNP)的研究多集中在第 10 外显子上,其外显子与内含子呈串珠状排列,其中第 10 外显子编码细胞内域和跨膜域,其余外显子则编码细胞外域,而细胞内域和跨膜域分别与 G 蛋白和 FSH 偶联3-5。姜怀志6以经产双羔辽宁绒山羊和奶山羊为试验对象,单羔辽宁绒山羊为对照,探讨以 FSHR 基因作为候选基因标记辽宁绒山羊双羔性状的可行性,结果发现在双羔羊与单羔羊之间 FSHR 基因第 10 外显子突变率差异很大且双羔性状与 FSHR 基因多态性(突变)呈正相关,同时在辽宁绒山羊 FSHR 基因第 10 外显子上筛选到 1 个多羔候选位点 g.1606CT。周步峰等7在陇东绒山羊 FSHR 基因第 10 外显子上筛选到1 个错义突变位点 T1595G,该位点上的变异导致所编码的氨基酸由甲硫氨酸(Met)变为精氨酸(Arg),且该突变显著影响陇东绒山羊产羔数,可以作为陇东绒山羊产双羔的有效候选分子标记之一。G.Shinde等8用限制性内切酶 Msc 酶切 40 只山羊 FSHR 基因第 10 外显子中的部分片段,检测到 AA 和 AB 两种基因型,且 AB 基因型与产双羔相关。S.A.Hauf等9对 15 只伊拉克当地山羊 FSHR 基因第 10 外显子多态性进行分析,结果检测到 AA、BB、AB 三种基因型,且关联分析结果表明,AB 与 BB 两种基因型与伊拉克当地山羊产双羔相关。2 GnRHR 基因GnRHR 是一种在下丘脑-垂体-性腺轴上广泛分布的关键神经内分泌调节因子,其通过与配体促性腺激 素 释 放 激 素(gonadotropin releasing hormone,GnRH)结合发挥生物学功能,能够促进垂体中促卵泡激素和促黄体素的合成与分泌,刺激卵泡发生和排卵10-12。山羊 GnRHR 基因位于 6 号染色体上,由3 个外显子和 2 个内含子组成。朱广琴等13在黄淮山羊 GnRHR 基因第 1 外显子中检测到与产羔数相关的突变,该突变在黄淮山羊中包含 AA 和 AB 两种基因型,且 AA 基因型个体产羔数极显著高于 AB 基因型个体。柳楠等14研究结果表明,崂山奶山羊GnRHR 基因中的 A261G 突变可能是影响崂山奶山羊产羔性能的有效分子标记之一,在该位点的 GA 基因型经产母羊个体的产羔数显著高于 AA 基因型个体。张劲松等15在贵州黑山羊 GnRHR 基因第 1 外显子上检测到 1 个 SNP 位点 G121A,并且该位点 AA基因型个体产羔数显著高于 AG 和 GG 基因型个体。M.N.Bemji 等16在西非矮山羊 GnRHR 基因 5非翻译区(UTR)检测到突变位点 g.-29TG,第 1 外显子上检测到两个 SNPs 位点 g.48GA 和 g.209TG,其中 g.-29TG 位点与平均产羔数显著相关。A.M.Isa 等17在 Sokotoi 红山羊 GnRHR 基因 5UTR 区域发现 1 个 SNP 位点 g.-29TG,第 1 外显子上同样也发现两个 SNPs 位点 g.48GA 和 g.209TG,但在Kalahari 山羊中仅检测到第 1 外显子上存在 g.48GA 位点,且上述位点与两个品种山羊产羔数均无显著相关性。3 LH 基因促黄体生成素(luteinizing hormone,LH)是一种由垂体前叶嗜碱性粒细胞合成和分泌的异二聚体糖蛋白生殖激素,LH 与 FSH 协同促进卵泡生长成熟,参与合成雌激素,并且可诱发排卵,促进黄体生成18。LH 含有 和 两个糖肽亚基,亚基具有种间和激素特性,决定了 LH 的特异性功能。山羊 LH基因位于 18 号染色体上,由 3 个外显子及 2 个内含子组成。虽然该基因长期以来被认为是影响动物发情和产羔的关键基因,但对该基因与山羊群体多羔性能相关性的研究结果表明,其编码区突变可能与山羊多羔性状无关。李利等19对 246 只南江黄羊 LH基因进行扩增和 Sph酶切分型并分析其与繁殖性能的关联性,发现各基因型个体 15 胎产羔数差异均不显著。任珍珍等20在黔北麻羊 LH 基因中检测到 2 个突变位点,在第 2 外显子中的 g.414CT 位点上检测到纯合子 AA 基因型和杂合子 Aa 基因型,无 aa 基因型,且 2 种基因型个体产羔数均差异不显著;在第 2 内含子中的 G718A 位点上检测到纯合子BB 基因型和杂合子 Bb 基因型,无 bb 基因型,两种基因型个体产羔数均差异不显著。尽管 B.Plakkot等21研究结果表明,在低繁殖力的 Attappady 黑山羊和高繁殖力的 Malabari 山羊垂体中 LH 基因的表达存在着极显著差异,且 Attappady 黑山羊 LH 基因第4 外显子上存在 g.455GA 突变位点并导致精氨酸(Arg)转变为谷氨酰胺(Gln),但该突变位点是否与产羔性状存在关联尚不清楚。4 BMP15 基因BMP15 是转化生长因-(transforming growth factor-,TGF-)超家族成员之一,主要在卵母细胞中表达,通过旁分泌信号通路诱导卵泡细胞进行有丝分裂和分化,与卵母细胞周围颗粒细胞/鞘细胞膜上的特异性受体结合后发挥生物学功能,具有调节哺乳622023(15):25-30专论与综述动物卵泡发育、刺激颗粒细胞增殖、促进卵母细胞成熟、排卵和调节类固醇激素表达等功能22-23。山羊BMP15 基因位于 X 染色体上,有 2 个外显子和 1 个内含子,包含一个长 1 185 bp 的完整的开放阅读框(ORF)。刘霜等24研究 结 果 表 明,BMP15 基 因mRNA 在不同繁殖力的金堂黑山羊和藏山羊卵巢组织中表达量差异显著,且高繁品种金堂黑山羊BMP15 基因在卵巢组织中高表达可能是导致金堂黑山羊产多羔的重要原因,这种差异是否源于基因上下游调控序列的变异仍需进一步研究。李平等25通过对贵州黑山羊、酉州乌羊和努比亚山羊 BMP15 基因PCR 产物直接测序后发现,该基因第 2 外显子存在突变位点 g.6260CG,且该位点与贵州黑山羊和努比亚山羊的产羔数显著相关,其中 GG 基因型母羊个体产羔数高于 CC 基因型个体,提示该突变位点可能导致贵州黑山羊的产羔能力增强。5