肌肉生长抑制素及其在动物育种中的应用

孙丹红 王 浩 孙 聪

（1.辽宁省抚顺县动物疫病预防控制中心，抚顺 113100；2.辽宁省抚顺市动物卫生监督所，抚顺 113000）

“双肌牛”（DM），其特征是有非常多的肌肉组织，不同的特征用来描述双肌牛。如，瓶状大腿（bottle-thighed）、复腰（doppel lender or double loin）、灰狗肚（Yorkshire，greyhound belly）、双尻（Teeswater and double rumped）。对双肌基因和其等位基因（double muscular／ norma1）的表示方法也有许多种，如，DM／N、D／n、DM／dm、C/N、c／n、A/a及rnh／+等。

双肌表型的特征是肌肉过度增大，特征是身体的前部或是后四分之一部分，有显著突出的发达肌肉。肌肉间有明显的肌沟分界线。其他的体格特征包括四肢骨成色，和雄性新生仔畜的巨舌症。双肌动物有较低的骨和脂肪含量，有较高比率的“值钱”的肉。然而它也存在一些缺点，这些缺点包括生育力降低，犊牛成活率下降，应激性增高，和难产。

1 双肌牛的历史

一般认为比利时兰牛是双肌牛的原型，比利时兰牛源于在1850年左右利用英国短角牛和荷兰Friesians牛与比利时本地牛的杂交，目的是为了培育乳肉兼用型牛。在20世纪40年代，其品种又一分为二，肉用和乳用分开，之后比利时兰牛就逐渐被培育成为了优良的肉用牛品种。通过对比利时兰牛长期细致的观察和研究Quesada & Cachafeiro 认为双肌表型被有9个不同的基因型表达为4种不同的表型。

2 双肌的生理学鉴定

尽管命名为双肌，但双肌表型并不是指肌肉的重迭，而是肌纤维数量的增加和变粗（肥大），双肌牛在出生时的肌纤维含量就几乎是正常牛的2倍。双肌牛白肌纤维的比率较高，并且有较低的胶原物质。有报道称双肌牛的肌肉中结缔组织含量很少，这可能是其敏感的原因。此外还发现双肌牛和正常牛相比有不同水平的激素水平，双肌牛血浆中（GH）水平始终低于正常牛的水平。胰岛素也有相似结果，正常牛血清中肌酸和肌酸肝。肌肉IGF2（胰岛素样生长因子）mRNA浓度也比双肌牛的要高。

通过强迫运动训练，双肌牛比正常牛表现出了更易疲劳的特征。其原因是血液循环减少（血容量降低和血细胞比容值下降）引起的代谢性酸中毒，其一方面导致了氧的运输缺乏，另一方面也降低了双肌牛肌肉组织的有氧代谢活性。双肌牛大量的肌肉导致了在热应激过程中较高的产热量，并伴有较低的散热能力（呼吸容量减少）。然而需要注意的是，双肌表型不仅仅受品种的影响而且还受营养和性别的影响。

正如前面论述的，双肌牛胴体的脂肪含量显著的低于正常牛，尤其是肌内的脂肪，我们熟知的“大理石样斑纹”在双肌表型牛中受到极大的影响。“大理石样斑纹”的减少导致了肉口味等级的降低，并且有报道称导致“大理石样斑纹”减少的的原因是皮下和体内固有的脂肪组织细胞体积的减小。有研究表明这种变异也存在于比利时兰牛的脂肪库中。在评定双肌牛肌内的脂类总量和不饱和脂肪百分率过程中发现其脂类总量值低，不饱和脂肪百分比高。双肌牛和正常牛分别有11%和2.7–6.1%的不饱和脂肪酸比率。并且比利时兰品种的肌内脂肪中极性脂质脂肪酸和亚油酸的比率非常的高。双肌牛比其他正常品种的牛有非常高的瘦肉率，并且肉的脂肪含量很低，而且脂肪多为不饱和的，所有这些特征都和现在的健康标准都相当的吻合。

双肌牛与正常牛相比表现出生殖力下降，双肌牛很少能足月生产，这意味着其胚胎有更高的死亡率。

3 Myostation遗传评价和其在肌肉调控中的作用

肌肉肥大的变异源于myostatin（MSTN）或是生长和分化因子-8（GDF8）基因，它有强大的保守区，并能在正在发育的和发育成熟的骨骼肌中表达。Myostatin基因位于牛2号染色体顶部包括3个外显子和2个内含子。并且在猪、水牛、斑马鱼、海洋乌颊鱼、鸡、和家鼠中都有发现。

Myostatin能够积极地抑制骨骼肌生长。由于在纯合子中有功能缺失突变体mh等位基因，所以会导致肌肥大。从比利时蓝或是皮爱蒙特父本中遗传了单拷贝突变体mh等位基因的动物与没有遗传突变体mh等位基因的动物后代相比，能够增加最长肌的长度和产量，并且能减少外部和肌内的脂肪沉积。

目前发现MSTN基因序列有6个突变，这6个突变使基因失活引起肌肥大。比利时蓝牛的mh核苷酸缺失11bp（821-831），这种缺失的结果是导致缺失后面的第14个密码子开始翻译功能被破坏，结果造成C-端的7个氨基酸被翮译，剩余的102个氨基酸（274～375）全部丢失，蛋白功能丧失。羧（末）端区域在TGF-β超家族中是高度保守的。Asturiana品种的双肌牛也会发生同样的突变。与此不同的是皮爱蒙特双肌牛和Gasconne牛在外显子3核酸位点938发生突变（C313Y）G-A，造成半胱氨酸为酪氨酸代替，这破坏了蛋白质固有的二硫键构象。其他的突变还包括外显子2中nt419（del7–ins10），从起始密码起在位点4l9发生的插入/缺火，使7 bp的碱基为毫不相关的1O bp序列所代替，导致氨基酸位点140处N-端潜在相关的缩氨酸中终止子的早熟；外显子2中核甙酸位点610的转换C-T，Q204X（氨基酸位点204相关的终止成熟），676位点的转换G-A，E226X（氨基酸位点226相关的终止成熟），和外显子3中874核甙酸位点的转换C-T。这些变异都将导致蛋白活性丧失从而不能调整肌纤维的生成。

此外，myostatin编码区存在功能缺失突变，研究了10个不同欧洲品种的35个双肌牛个体表明myostatin基因的编码区同样存在大量的突变，最著名的是外显子1核苷酸位点282的C转变为A，就是我们熟知的F94L，还有2个非同源性的错义突变，即分别发生在外显子1和2上的S105C和D182N。利木赞牛和Blonde d'Aquitaine（金黄阿奎顿牛，法国）并没有MSTN基因的功能缺失变异。大多数利木赞牛都是F94L突变的纯合体，显然这样的突变不太可能引起MSTN调控功能的丧失。The Blonde d'Aquitaine（金黄阿奎顿牛，法国）都是典型的天然型纯合子牛。这说明还有未确定的因子能导致肌肥大，这些因子可能存在于MSTN编码区之外。

4 难产

雄性双肌动物的妊娠期较长，原因是双肌幼仔比正常幼仔有更高的出生体重。这导致了较高的难产率和较高的新生仔畜死亡率。更加重了这个问题的还有母牛骨盆较高水平的肌肉量，这些肌肉阻止了骨盆的扩张，导致难产。因为难产常发生在纯合的mh等位基因突变体母牛身上，杂合（子）的母牛发生难产的几率很低，并且能够分娩纯合的mh等位基因突变雄性牛犊。这就为育种者提供了一种有效的方法，这不仅降低了出生的成本而且提高了母牛和牛犊的安全性。

5 双肌的鉴别

鉴别双肌的典型的依据是肌肥大的程度，评定肌间沟和其他一些外部的特征，比如骨盆倾斜[度]、尾部较高的附着点。过去的鉴别纯粹通过描述上述的表形特征，自从发现了myostatin基因并鉴定了家畜的mh变异之后不久，双肌的鉴定就完全利用遗传标记试验来鉴别。正如以前提到的，比利时兰mh基因外显子3有11-bp的碱基缺失，位于有生物活性的羧（末）端区域，是一段高度保守的区域，这些缺失可以用来标记DM。多中分子技术已经用来鉴定mh基因的这种变异。Fahrenkrug等首先利用PCR验证了比利时兰和Piedmontese牛的nt821（del11）和C313Y变异。1年后Karim等发现牛的myostatin基因有6个变异。这6个变异分别是nt419（del7–ins10），Q204X，E226X，nt821（del11），C313Y 和E291X。这些测定给育种者提供个更好的育种程序。

6 结论

尽管自然的myostatin基因突变只发现在于牛的繁育中，但对其他动物的遗传修饰，例如绵羊、猪、山羊、鸡等也将为时不晚。尽管这有些违背伦理，但经济的观点来看，人工诱导的myostatin基因突变动物是有诱人的经济价值的。

[1]Wiener P.，Smith J.A.，Lewis A.M.，et.al.Muscle-related traits in cattle：the role of the myostatin gene in the South Devon breed[J].Genetics Selection Evolution.2002，（34）：221–32

[2]Karim L.，Coppieters W.，Grobet L.，et.al.Convenient genotyping of six myostatin mutations causing double-muscling in cattle using a multiplex oligonucleotide ligation assay[J].Animal Genetics.2000，（31）：396–399

[3]Miranda M.E.，Dunner S.，Amigues Y.Et.al.SNP Screening at the Myostatin Gene Level in European Cattle Breeds.Proceedings of 27th International Conference on Animal Genetics Minneapolis，USA.2000

[4]Fahrenkrug S.C.，Casas E.，Keele J.W.et.al.（1999）Technical note：direct genotyping of the double-muscling locus（mh）in Piedmontese and Belgian Blue cattle by fluorescent PCR[J].Journal of Animal Science，1999，（77）：2028–2030