豬肉質(zhì)性狀基因遺傳標(biāo)記的研究進(jìn)展

PAGE目錄1豬肉質(zhì)性狀的主效基因 11.1豬氟烷基因 11.2豬酸肉基因 11.3單磷酸腺苷蛋白激酶γ3亞基基因 22豬肉質(zhì)性狀的主要候選基因 22.1脂肪酸結(jié)合蛋白基因 32.2激素敏感脂肪酶基因 32.3酯蛋白脂肪酶基因 32.4MyoD基因家族 32.5鈣蛋白酶抑制蛋白基因 42.6黑素皮質(zhì)素受體 42.7肥胖基因 42.8肌生成抑制蛋白基因 52.9ACSL基因 52.10過氧化物酶體增殖物活化受體基因 52.11編碼腺苷－磷酸脫氨酶基因 52.12固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1基因 53基因遺傳標(biāo)記的研究與應(yīng)用策略 63.1候選基因分析(candidategenesapproach) 63.2標(biāo)記輔助選擇(markerassistedselection，MAS) 63.3標(biāo)記輔助滲入(markerassistedintrogression，MAI) 74結(jié)語與展望 7參考文獻(xiàn) 8PAGE1豬肉質(zhì)性狀基因遺傳標(biāo)記的研究進(jìn)展隨著人民生活水平的提高，消費者對于食品品質(zhì)認(rèn)識的提高促使肉品加工業(yè)和零售業(yè)更加重視肉品的質(zhì)量。分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展也讓研究者認(rèn)識到基于DNA標(biāo)識的選育是最有效的選育手段。如果相應(yīng)性狀不能用一定的標(biāo)記進(jìn)行識別就得將動物養(yǎng)育到正常屠宰月齡屠宰后才能檢測分析相應(yīng)性狀，費時費力且成本高。如果發(fā)現(xiàn)某一DNA標(biāo)記（如多態(tài)性）和目標(biāo)性狀有聯(lián)系就可以對年幼的動物進(jìn)行基因型研究而不必等到屠宰時，并且可以敲除對性狀有害的基因改良品種性狀。分子標(biāo)記選育技術(shù)要能夠持續(xù)地用于動物育種必須在我們發(fā)現(xiàn)使用現(xiàn)有的標(biāo)記已經(jīng)不能滿足要求的情況下能夠發(fā)現(xiàn)新的標(biāo)記。經(jīng)過長時間建立的數(shù)據(jù)庫是發(fā)現(xiàn)新的標(biāo)記和檢測候選基因的寶貴資源。因此與肉質(zhì)相關(guān)基因的研究顯得尤為重要。近年來，采用分子生物學(xué)技術(shù)對影響豬肉質(zhì)性狀的主效基因、候選基因及QTL定位已取得迅猛發(fā)展，下面就有關(guān)豬肉質(zhì)性狀基因及QTL定位的研究進(jìn)展作扼要概括。1豬肉質(zhì)性狀的主效基因1.1豬氟烷基因氟烷基因（halothanegene，HAL）也稱為應(yīng)激基因、鈣釋放槽基因或斯里蘭卡肉桂堿受體基因。名詞“氟烷基因”的應(yīng)用來自使用氟烷麻醉氣體測試豬的一種特征性反應(yīng)，有些肌肉極其豐滿的豬發(fā)生這種反應(yīng)，反應(yīng)的表現(xiàn)為肌肉強直，體溫升高。氟烷反應(yīng)豬的基因是隱性純合個體（Halnn），在應(yīng)激情況下易產(chǎn)生應(yīng)激綜合癥（porcinestresssyndrome，PSS），形成灰白水樣（pale，soft，exudative，PSE）的劣質(zhì)肉。Fuji等研究發(fā)現(xiàn)HAL基因為PSE肉的主效基因，即位于豬染色體6q1.1—1.2的蘭尼定受體1基因（ryanodinereceptor1，RYR1）或稱Ca2+釋放通道基因（calciumreleasechannel，CRC），該基因的第1843個堿基胞嘧啶C突變?yōu)樾叵汆奏，導(dǎo)致蛋白受體第615位上的精氨酸被半胱氨酸代替，從而引起受體的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變[1]。這種改變導(dǎo)致應(yīng)激狀態(tài)下Ca2+大量非正常釋放，引起電解質(zhì)代謝混亂，出現(xiàn)肌肉持續(xù)收縮，使豬產(chǎn)生惡性高熱。大量釋出的Ca2+激活過量的糖原酵解，使肌糖原酵解過程加速，引起肌肉pH值異常降低，導(dǎo)致PSE肉產(chǎn)生。目前已經(jīng)建立了PCRRFLP和PCR-SSCP方法檢測氟烷基因，并有基因診斷盒上市，用于豬的育種實踐[2]。1.2豬酸肉基因酸肉基因又叫RN基因(RendementNapoleorgeneRN)，是影響肉質(zhì)的另一主效基因。酸肉狀態(tài)原來是法國一個漢普夏豬研究組鑒定的。迄今為止，這個基因僅見于純漢普夏或漢普夏品系中。RN基因有2個等位基因，不利等位基因RN-是正常等位基因rn＋的完全顯性[3]，該基因定位于15q2.4—2.5區(qū)間內(nèi)，其顯性等位基因有增加肌糖原含量，包括四種結(jié)構(gòu)上相關(guān)的基因：MyoDI，肌細(xì)胞生成素（myogenin，MYOG），myf–5和myf–6。這些基因編碼螺旋—環(huán)–螺旋（bHLH）蛋白，通過調(diào)解肌肉分化階段特異蛋白的表達(dá)來參與肌細(xì)胞決定和分化，其中myf–5和MyoDI在成肌細(xì)胞增殖過程中表達(dá)，MYOD在未分化末期表達(dá)。Myf26是一個與MYOD有關(guān)的基因，MYOD在胎兒發(fā)育中起作用，myf26在胎兒出生后最活躍，參與成年動物肌肉量形成的調(diào)節(jié)（TePas等）。myf–5基因定位于5號染色體上，而MyoDI定位于2號染色體（Soumillion等）。MYOG基因控制啟動成肌細(xì)胞融合和形成肌纖維，在肌肉分化過程中起關(guān)鍵作用。Soumillion等利用四種MyoDcDNA混合掃描豬基因組文庫，確定了豬MyoD基因及其變異，MyoD基因有三個MspI多態(tài)位點。用豬/鼠雜交克隆板PCR的方法將MYOG位于9號染色體上。2.5鈣蛋白酶抑制蛋白基因鈣蛋白酶抑制蛋白(Calpastatin，CAST)基因是一種特定的、內(nèi)源性的、需鈣激活的蛋白酶抑制劑，需鈣蛋白酶的蛋白水解系統(tǒng)在細(xì)胞內(nèi)普遍存在，并參與大量生長和代謝過程，Rettenberger等將CAST基因定位于2號染色體上，Ernst等進(jìn)一步將其定位于2q2.1—2.4，并發(fā)現(xiàn)有三個PCR–RFLP多態(tài)位點，在豬中，與發(fā)現(xiàn)該基因產(chǎn)物參與肌肉生產(chǎn)過程中蛋白質(zhì)更新機制。而對于其他肉用家畜，已發(fā)現(xiàn)這個基因顯著影響肉的嫩度[22]。2.6黑素皮質(zhì)素受體基因黑素皮質(zhì)素受體（melanocortinreceptors，MCRs）家族共有5個受體(MCR1—MC5R).其中MC3R是一個神經(jīng)受體，其主要功能是調(diào)節(jié)采食和能量平衡，MC4R基因是與人類顯性遺傳疾病肥胖相關(guān)的靶基因，該基因沒有內(nèi)含子，在哺乳動物的表達(dá)部位是下丘腦、淋巴系統(tǒng)、后腦、腦干、脊髓、肌肉、皮質(zhì)，主要作用是控制食欲、體重、能量代謝。豬的MC4R基因的錯義突變，屬一個氨基酸改變編碼的錯義突變，可引起膘厚、體重和采食量顯著變化。2.7肥胖基因肥胖（obese，OB）基因位于常染色體上，呈隱性遺傳，豬肥胖基因cDNA全長為3277bp，RT-PCR分析表明，豬肥胖基因不僅在脂肪組織中大量表達(dá)，同時也在肝、腎、脾、和心臟等器官組織有微量表達(dá)。豬肥胖基因的表達(dá)產(chǎn)物L(fēng)eptin是一種能調(diào)節(jié)體內(nèi)脂肪儲存量、能量代謝及體重的內(nèi)分泌因子，肥胖基因僅在成熟的脂肪細(xì)胞中表達(dá)，在調(diào)節(jié)肌體脂肪和體重穩(wěn)態(tài)中具有特別重要的作用。戴茹娟等用人的肥胖基因cDNA做探針在脂肪型和瘦肉型豬品種中分離出Bg1II的RFLP，比較發(fā)現(xiàn)瘦肉型豬在肥胖基因座具有3.3kb的條帶，脂肪型豬有4.1kb的條帶。戴茹娟還發(fā)現(xiàn)Leptin在脂肪型豬的表達(dá)水平遠(yuǎn)高于瘦肉型豬，原因在于Leptin的表達(dá)與豬皮下脂肪積累有關(guān)。Leptin還可以通過血腦屏障進(jìn)入下丘腦弓形核，通過減少阿黑色素原（proopiomelanocortin，POMC）的表達(dá)量，從而調(diào)節(jié)黑素皮質(zhì)受體的作用。2.8肌生成抑制蛋白基因肌生成抑制蛋白基因(Myostatin）︰是轉(zhuǎn)化生長因子β(transforminggrowthfactorβ，TGF－β)超家族的新成員。TGF－β由許多編碼分泌性因子的基因組成，包括TGF－β、活化素(activin)、抑制素(inhibins)、骨形成蛋白(bonemorpho－geneticprotein，BMPs)、繆勒氏管抑制物(mullerianin－h(huán)ibitorsubstance，MIS)等，主要在調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育和維持組織穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用。Mstn對骨骼肌生長有重要調(diào)節(jié)作用，Mstn敲除的鼠肌纖維廣泛增生、肥大，骨骼肌質(zhì)量顯著增加，平均體重超過正常鼠261%。隨后的研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)Myostatin編碼序列發(fā)生突變的牛、羊、豬、魚、蝦等也有骨骼肌質(zhì)量增加現(xiàn)象。Mstn是骨骼肌生長的負(fù)調(diào)控因子。2.9ACSL基因ACSL基因:為編碼長鏈脂酰CoA合成酶(long－chainacyl－CoAsynthetase)的基因，長鏈脂酰CoA合成酶屬于多基因家族編碼的酶。一些研究發(fā)現(xiàn)，ACSL對豬體內(nèi)脂肪代謝具有調(diào)節(jié)作用。豬ACSL4基因多態(tài)性與生長速度和油酸含量存在相關(guān)性。杜×長×大商品豬ACSL4基因多態(tài)性與6個肉質(zhì)性狀存在相關(guān)性，其中GG基因型個體的IMF極顯著地高于AA基因型個體(p＜0.01)。2.10過氧化物酶體增殖物活化受體基因過氧化物酶體增殖物活化受體基因（PPARγ）：為過氧化物酶體激活增殖受體基因超家族的重要成員，是核受體家族中最具脂肪細(xì)胞專一性的成員，是細(xì)胞分化的關(guān)鍵基因;在脂肪細(xì)胞分化誘導(dǎo)過程中是在大多數(shù)脂肪細(xì)胞特異性基因表達(dá)之前被誘導(dǎo)的，主要通過PPARγ－RXR(retinoid－xreceptor)二聚體與靶基因上相應(yīng)元件結(jié)合而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。PPAR基因位于6號染色體。PPAR－γ對脂肪細(xì)胞的分化起正向調(diào)節(jié)作用，PPAR激活不僅能促進(jìn)前體脂肪細(xì)胞分化成脂肪細(xì)胞，而且還能促進(jìn)非脂肪細(xì)胞系細(xì)胞分化成脂肪細(xì)胞。PPAR－γ蛋白在豬脂肪組織中的表達(dá)水平比在其他組織中高。因此，PPAR很可能對豬的脂肪生成及脂肪組織中激素的活動起重要作用。2.11編碼腺苷－磷酸脫氨酶基因編碼腺苷－磷酸脫氨酶基因(adenosinemonophosphatedeaminase，AMPD)：是一個與風(fēng)味有關(guān)的候選基因。AMPD是嘌呤代謝過程中的一種重要酶，對肉質(zhì)性狀和風(fēng)味都起到重要作用。AMPD基因主要在骨骼肌中高水平表達(dá)，與肌肉中肌苷酸代謝有關(guān)，一些研究發(fā)現(xiàn)，AMPD是影響豬肉品質(zhì)的候選基因，還與豬的胴體性狀有關(guān)。2.12固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1基因固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1基因（ADD1）：又稱，編碼和調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞定向和分化因子1。ADD1主要影響糖代謝和脂肪代謝，它所編碼的蛋白都有3個結(jié)構(gòu)域：一是氨基末端的轉(zhuǎn)錄活化域，包含"堿性螺旋－環(huán)－螺旋－亮氨酸拉鏈"的核心結(jié)構(gòu)﹔二是在中間有2個疏水結(jié)構(gòu)域;三是羧基末端的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。ADD1主要利用高爾基體的運送和加工釋放出含堿性螺旋－環(huán)－螺旋－亮氨酸拉鏈的核心結(jié)構(gòu)氨基酸片斷，然后與靶基因的啟動子或固醇調(diào)節(jié)元件的E盒結(jié)合，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。其靶基因主要包括低密度脂蛋白(LDL)受體、乙酰輔酶A羧化酶(ACC)、脂肪酸合成酶(FAS)、生長抑制因子(S14)、葡萄糖激酶(GK)、磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶(PEPCK)等有關(guān)脂肪合成和葡萄糖代謝的基因。胰島素對一些基因的調(diào)控需要ADD1的介導(dǎo)。3基因遺傳標(biāo)記的研究與應(yīng)用策略3.1候選基因分析(candidategenesapproach)候選基因分析是指根據(jù)在那些研究得較全面和深入的物種(如人類和鼠)中已發(fā)現(xiàn)的基因信息，尋找與之同源的基因作為候選基因，或通過分析與DNA序列相應(yīng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)來推測其功能，從而選取候選基因，研究這些基因在生理上或生長發(fā)育過程中能得以表現(xiàn)的性狀差異與DNA差異之間的關(guān)系。實際上就是尋找與數(shù)量性狀有關(guān)的主基因座位并用之于選種。而這些與數(shù)量性狀直接有關(guān)的基因就是候選基因。例如:IMF含量是豬肉嫩度、風(fēng)味和多汁性等食用品質(zhì)的主要決定因素，而IMF的沉積又與脂肪酸的轉(zhuǎn)運及脂肪的合成、分解等生理生化代謝機制有關(guān)，因此，可以將其代謝機制中有關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)基因作為候選基因。Gerbens等[23]于1997年發(fā)現(xiàn)H2FABP基因是制約豬IMF含量變化的候選基因，并將其定位于6號染色體上。一年后又發(fā)A2FABP與IMF的分化積累有關(guān)，同時將該基因定位于豬4號染色體上。美國Iowa研究組將CAST基因作為候選基因，研究其在肌肉生長和肉質(zhì)方面所起的作用。目前，候選基因法是頗有吸引力的，因為它可以很快尋找到與QTL連鎖的標(biāo)記，而這QTL本身就是對性狀表達(dá)有直接作用的功能基因座位。3.2標(biāo)記輔助選擇(markerassistedselection，MAS)豬的肉質(zhì)性狀為復(fù)合性狀(complextrait)，包括肉色、pH值、系水力、肌內(nèi)脂肪(大理石花紋)、嫩度、多汁性和風(fēng)味等。這些性狀在度量過程中一定程度上存在著系統(tǒng)誤差，而且在活體上無法直接度量，這就意味著必須使用昂貴的同胞測驗才有助于育種工作。從這個意義上講，用DNA標(biāo)記進(jìn)行輔助選擇，對肉質(zhì)改良是非常有意義的。研究表明豬的肉質(zhì)性狀的遺傳力為中等至高，顯然，這些性狀被許多基因所控制，但一些基因可能起主要作用，即主基因效應(yīng)。利用主效基因的遺傳標(biāo)記進(jìn)行輔助選擇能提高選擇的準(zhǔn)確性、縮短世代間隔、增加選擇差等，可望加速這些性狀的遺傳進(jìn)展。已有一些主基因正被選作分子育種的標(biāo)記，如氟烷基因的MAS已被納入無PSS皮特蘭豬等的分子育種計劃，并且國外已經(jīng)育成無PSS皮特蘭豬應(yīng)用于生產(chǎn)。SchookLB等[24]將常規(guī)選擇指數(shù)法與基因型選擇法相結(jié)合，應(yīng)用于軍牧1號白豬四、五世代核心群的選種中，結(jié)果使應(yīng)激敏感基因頻率下降了12%，而四、五世代生產(chǎn)性能差異不顯著，證明了兩種方法的結(jié)合在豬育種實踐中是有效的。但更多與肉質(zhì)有關(guān)的基因無論是在基因效應(yīng)還是在精確定位上都還達(dá)不到MAS的要求，在此方面還需要做進(jìn)一步的深入研究。3.3標(biāo)記輔助滲入(markerassistedintrogression，MAI)標(biāo)記輔助滲入就是在QTL檢測和定位的基礎(chǔ)上，把特定的主基因或數(shù)量性狀基因位點的等位基因在遺傳標(biāo)記的輔助下，從一個品種滲入到另一個品種，再用較優(yōu)良的那個品種進(jìn)行反復(fù)回交，直到該主基因或數(shù)量性狀的等位基因達(dá)到一定頻率的過程?；驖B入途徑就是利用帶有被滲等位基因的供體群體與受體群體進(jìn)行多代回交，繼而進(jìn)行橫交使目的基因純合，在回交和橫交固定的過程中，都是根據(jù)標(biāo)記的信息來選擇那些攜帶有導(dǎo)入基因的個體進(jìn)行交配，從而使導(dǎo)入基因的效率大大提高。由于標(biāo)記輔助滲入實質(zhì)上是一種根據(jù)QTL或基因標(biāo)記進(jìn)行的回交，因此，它可以使受體群在目標(biāo)性狀表現(xiàn)性能得到提高的同時，盡量保留原有的大部分變異。在這種育種策略中，可能的收效在很大程度上依賴于QTL效應(yīng)的大小和其在商品豬中的頻率。標(biāo)記輔助滲入方案的效率可用終端群體中被滲入基因的頻率和有益經(jīng)濟性狀的遺傳進(jìn)展來判斷。4結(jié)語與展望隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)開始利用DNA標(biāo)記對肉質(zhì)性狀進(jìn)行輔助選擇。但豬的肉質(zhì)性狀為復(fù)合性狀，并且受很多因素的影響，在肉質(zhì)性狀的研究中還存在一些問題，如肉質(zhì)評定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、肉質(zhì)評定指標(biāo)還不完善等。因此，我們應(yīng)當(dāng)繼續(xù)研究肉質(zhì)的遺傳特性及評定方法;尋找評價肉質(zhì)的關(guān)鍵性狀及其主效基因，探測其QTL的遺傳效應(yīng);制定出完善的旨在肉質(zhì)改良與肉量提高的MAS和MAI育種方案。用DNA標(biāo)記進(jìn)行輔助選擇，對肉質(zhì)改良是非常有意義的。候選基因分析對于研究數(shù)量性狀位點(QTL)是頗具吸引力的，候選基因分析及MAS、MAI在豬育種方法上的應(yīng)用是一個飛躍，是數(shù)量遺傳學(xué)與分子生物學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有無限生命力。我們有理由相信，常規(guī)選擇與現(xiàn)代生物技術(shù)相結(jié)合是培育品質(zhì)優(yōu)良、生產(chǎn)性能良好的新品系豬的必由之路。參考文獻(xiàn)[1]李夢云，陳代文，張克英．影響豬肉質(zhì)性狀的基因及其表達(dá)調(diào)控［J］．畜牧與獸醫(yī)，2008，40(4):95－99[2]鄭云林，劉敬順，劉小紅．豬肉品質(zhì)性狀評定和遺傳改良研究綜述［J］．中國畜牧雜志，2004，40(12):42－45[3]仇雪梅，李寧，鄧學(xué)梅，等．影響動物肉質(zhì)性狀主要候選基因的研究進(jìn)展［J］．遺傳，2002，24(5):571－574[4]曹果清，周忠孝，袁建霞，等．豬主要經(jīng)濟性狀的研究進(jìn)展［J］．遺傳，2002，24(2):214－218[5]ElisabethLeBihan－Duval，MartineDebut，etal．Chickenmeatquality:geneticvariabilityandrelationshipwithgrowthandmusclecharacteristics［J］．BMCGenetics，2008，8:1－6[6]LindahlG，EnfaltA-C，vonSethG，etal.Asecondmutantallele（V199I）atthePRKAG3（RN）locus-I：Effectontechnologicalmeatqualityofporkloin[J].MeatScience，2004，66：609-619.[7]DenisMilan.AmutationinPRKAG3associatedwithexcessglycogencontentinpigskeletalmuscle[J].Science，2000，288：1248-1251.[8]CiobanuD，BastiaansenJ，MalekM，etal.Evidencefornewallelesintheproteinkinaseadenosinemonophosphate-activatedgamma（3）-subunitgeneassociatedwithlowglycogencontentinpigskeletalmuscleandimprovedmeatquality[J].Genetics，2001，159（3）：1151-1162.[9]FontanesiL，DavoliR，NanniCostaL.Studyofcandidategenesforglycolyticpotentialofporcineskeletalmuscle：identificationandanalysisofmutations，linkageandphysicalmappingandassociationwithmeatqualitytraitsinpigs[J].CytogeneticandGenomeResearch，2003，102：145-151.[10]FontanesiL，DavoliR，LNanni，etal.Investigationofcandidategenesforglycolyticpotentialofporcineskeletalmuscle：AssociationwithmeatqualityandproductiontraitsinItalianLargeWhitepigs[J].MeatScience，2008，80：7780-7787.[11]LindahlG，EnfaltA-C，vonSethG，etal.Asecondmutantallele（V199I）atthePRKAG3（RN）locus-I：Effectontechnologicalmeatqualityofporkloin[J].MeatScience，2004，66：609-619.[12]LindahlG，EnfaltA-C，vonSeth，etal.Asecondmutantallele（V199I）atthePRKAG3（RN）locus-II：Effectoncolourcharacteristicsofporkloin[J].MeatScience，2004，66：621-627.[13]OttoG，RoeheR，LooftHetal.AssociationofDNAmarkerswithmeatqualitytraitsinpigswithemphasisondriploss[J].MeatScience，2007，75：185-195.[14]Lu-ShengHuang，Jun-WuMa，JunRen，etal.GeneticvariationsoftheporcinePRKAG3geneinChineseindigenouspigbreeds[J].GenetSelEvol，2004，36：481-486.[15]李夢云，陳代文，張克英.PRKAG3在豬組織器官中的表達(dá)差異及與胴體品質(zhì)關(guān)系研究[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報，2006，37（6）：566-570.[16]王金雷