国内外肉牛分子标记辅助育种的研究进展

李 娜，张金山，李红波，周振勇，闫向民，杜 玮，张 杨＊

（1.新疆农业大学动物科学学院，新疆 乌鲁木齐市830052；2.新疆畜牧科学院畜牧研究所，新疆 乌鲁木齐市830000）

全球肉牛的育种方向都要经历由数量型向质量型的转变，育种的目标主要考虑两个方面：一是如何培育出更低的脂肪含量的品种，这样即可降低生成脂肪高于生成肌肉那一部分能量所需成本，又可减少脂肪的增加给人们带来的健康问题；二是如何改善牛肉品质，从而提高产品的附加值。目前肉牛育种主要目标除了继续提高生长速度、繁殖性能、产肉量，优质肉质成为了肉牛育种的新目标。

如何实现肉牛育种新目标？分子育种发挥其怎样的作用？有关基因标记辅助选择的应用情况如何？本文就有关问题对国内外相关研究进行综述。

1 分子标记辅助选择概述

随着分子遗传学、分子生物技术、数量遗传学和计算机技术的飞速发展，有关分子遗传标记和标记辅助选择方面的研究广泛地开展起来。一种新的选种方法分子标记辅助选择（MAS）在家畜育种中产生了巨大的影响。其手段主要是在畜禽生产性能目标性状选择时，将分子标记应用于动物育种改良过程中，借助分子标记达到对目标性状基因型进行选择［1］。也就是通过对遗传标记的选择，间接实现对控制某性状的数量性状位点的选择，从而达到对该性状进行选择的目的，或通过遗传标记来预测个体基因型值或育种值（晏兆莉等，1996）［2］。MAS的目的就是用DNA水平的选择代替以表型为基础的选择。MAS应用于畜禽育种实践的基本技术路线是：寻找包含QTL（QTL是影响某个数量性状的单个基因或染色体片段）的染色体片段，在这些区域内标定QTL的位置，并找到QTL紧密连锁的遗传标记；在这些找到与性状变异有关的特定基因及其功能位点；在遗传标记的辅助下较准确地对特定性状进行选择（朱庆，2000）［3］。

MAS具有很大优势，可以在肉牛的生命早期开始而不必等待生产性能完全表现出来，可以在两性中同时选择任何生产性状，突破了限性性状只能从单种性状选择的局限，可以选择屠体性状和抗体性状，而不必做昂贵的屠宰试验和疾病应激试验，可用于合并两个或更多品种的优良生产性状座位，可在品种内选择改良。MAS技术将成为21世纪牛遗传改良的重要手段和方法。特别是良种选育，在优质肉牛的选育方面，利用生物技术手段，包括超数排卵胚胎移植技术，以及标记辅助选择，可为肉牛业的发展提供技术保证，尤其是在肉质要求不断提高的今天，研究心脏脂肪酸结合蛋白基因对牛肉的嫩度、大理石花纹的调控机理，对于培育我国的高档肉牛品种有着重要的意义。从而改变我国高档牛肉长期依赖进口的局面，也能带动肉牛业的快速发展，增加养殖户的收入。

2 国内外肉牛分子育种研究进展

国内外关于肉牛分子育种研究较多，主要集中在肉用性状上，研究的功能基因已超过40个，这些基因主要包括与肉牛生长发育性状、屠宰性状、肉品质性状、繁殖性状、抗病性状相关的基因。

2.1 生长、发育相关基因辅助选择

生长发育候选基因研究较多，涉及GH、GHRH、GHR、POU1F1、IGFBP－3、IGF－1、IGF－2、MEF2、TG、MC3R、MC4R、AGRP、NPY、POMC、CART、Ghrelin、Hcrtr1、Orexin、HTR1B、HTR2A、CLPG、DRB3、MyoG、VEGF－A、POU1F1、Gli3等26个功能基因。国外研究主要集中荷斯坦、安格斯、比利时兰牛、皮埃蒙特牛，国内主要集中在秦川牛、南阳牛、鲁西牛、晋南牛、郏县红牛和新疆褐牛。Ruppert等（1998）发现Gli3基因，是Gli3家族中的一员。Gli1、Gli2和Gli3均有5个保守的锌指结构，锌指间结构由组氨酸、半胱氨酸连接，显示出该家族基因在动物生长发育过程中具有重要的调节作用。te Welscher等（2002）［4］发现 Gli3可作用于dHand和 Germlin，对肢体的发育产生抑制作用。McDermott等（2005）［5］利用组织原位杂交技术检测发现Gli3基因表达于第一体节前的中胚层。目前国内关于动物Gli3基因的报道多是有关于鸡的，牛上还很少，只有王柯忆等（2010）［6］人对南阳牛Gli3基因多态性及其与生长性状的相关性进行研究。认为该基因可作为南阳牛早期生长性状标记辅助选择的标记之一。

家畜POU1F1基因的研究主要集中在POU1F1基因型多态性以及基因型与生长性状的相性方面。迄今为止，已先后在荷斯坦、安格斯、比利时兰牛、皮埃蒙特牛和我国秦川牛、新疆褐牛等多个品种上发现了PitE6H（Hinf l）多态性位点，国内对POU1F1基因型多态性与家畜生长性状的研究开始的较晚。近两年才看到有关POU1F1基因型与牛生长性状相关性研究的报道。西北农林科技大学刘波、陈宏等（2005）［7］对 秦 川 牛 及 其 杂 种 后 代 POU1F1 的PitE6HI（Hinf l）基因型多态性与生产性能进行了比较，发现B基因型（AB/BB）牛的胸围和十字部高显著高于AA型（即：BB＞AB＞AA）；刘磊、张杨、刘明军等（2008）［8］，运用PCR－RFLP技术分析新疆褐牛POUlFl基因第六外显子Hinf1酶切位点多态性与新疆褐牛早期生长性状（如出生重、断奶重、平均日增重等）的相关性，得出新疆褐牛第六外显子Hinfl酶切位点A/B等位基因频率分别为0.2990/0.7010A等位基因在新疆褐牛中属于劣势等位基因；牛志刚、史洪才等（2011）［9］对新疆褐牛 POU1F1基因多态性分析及早期生长曲线进行比较，结果POU1F1基因AA、AB、BB三种基因型中，BB基因型具有极限体质质量大，生长速率快，拐点体质量及生长拐点月龄大等特点。

2.2 屠宰性状相关基因辅助选择

屠宰性状相关基因研究相对较少，由于屠宰性状的样本资料获得相对较难，造成抽样误差，在一定程度上限制了屠宰性状遗传标记的研究。现共涉及IGFBP－3、DGAT1、DGAT2、MSTN、MyT2、MSTN、Myf－5、Myf－6、My0D、My0D1、My0G、SCD1、CAPN3等13个功能基因。Sun［10］等揭示IGFBP－3基因不同基因型对13头24月秦川牛部分屠宰性状有一定的影响。AA型个体的眼肌面积大于BB型个体（P＞0.05）AB型和BB型个体胴体脂肪含量高于AA型个体（P＜0.01）；孙维斌等研究（2003）了秦川牛IGFBP－3基因多态性与秦川牛高档牛肉、南阳牛屠宰率和产肉率相关性显著。但IGFBP－3基因多态性对于鲁西牛、晋南牛屠宰性状无影响［11，12］。目前，国内外关于IGFBP－3基因多态与经济性状相关性研究的报道不多，而且在仅有的报道中还存在着结论不一致的现象。为此，进一步研究IGFBP－3基因遗传变异，并分析它们与牛生长发育等经济性状的关系，具有重要的理论和和实践意义。Myf5基因在南阳牛群体中，18月龄南阳牛AA型个体则极显著高于AB和BB型个体；在秦川牛群体中，AA型个体的体高和十字部高显著低于AB和BB型个体；郏县红牛AA型个体的坐骨端宽显著高于其它两种基因型个体。关于秦川牛、南阳牛、蒙古牛、牦牛、渤海黑牛和西门塔尔牛MSTN基因序列特征和多态性均有报道［13，14］。

2.3 肉品质性状相关基因标记辅助选择

肉品质相关基因研究涉及Leptin、CAST、CAPN1、CAPN4、UCP3、H－FABP、LPL、FAS等功能基因。Wylie等（2010）［15］研究报道，内源性瘦素是牛肉大理石花纹的一个潜在的遗传标记，但是瘦素与肌间脂肪含量和其它脂肪组织的关联性并未被发现。李武峰等（2004）［16］利用PCR－RFLP方法在牛 H－FABP基因内发现了1个变异酶切位点，为第2内含子上的Hae－RFLP；对此利用最小二乘法拟合线性模型对不同分子标记基因型效应值间肉品质大理石花纹和嫩度性状进行差异显著性检验，结果表明，牛HFABP基因中的h等位基因，尤其是hh纯合基因型对牛肉嫩度剪切力值有较大的影响。周国利等（2004）［17］研究了鲁西黄牛 H－FABP基因与大理石纹和嫩度等性状的关系，结果表明，BB纯合基因型对牛肉嫩度有较大的影响。文力正等（2008a，2008b）［18，19］运用 PCR－SSCP 方 法 对草原红牛 及 其改良群体H－FABP基因5＇调控区进行研究，结果显示，不同基因型间剪切力差异极显著。王卓等（2008）［20］对秦川牛 H－FABP基因进行分析，结果发现，杂合体在后腿围、背膘厚、大理石花纹、胴体胸深及嫩度等方面显著高于纯合子。李志才等（2010）研究结果发现，H－FABP基因的多态性与湘西黄牛的牛肉肌内脂肪含量和大理石花纹间存在显著的相关性。从目前研究现状来看，H－FABP在脂肪沉积方面有一定的作用，但是对H－FABP基因参与IMF含量遗传学变异并没有给出确切解释。因此，我们应将H－FABP作为影响IMF含量的侯选基因，进行深入研究，以期找到一种调节IMF含量的方法，进而改善肉品质。

2.4 繁殖性状相关基因辅助选择

随着分子遗传学和分子生物技术的飞速发展，使得人们在基因水平上研究动物经济性状有了可能，随之许多控制牛繁殖性状的功能基因逐渐被发现，借助分子生物技术手段来提高牛繁殖性状成为人们研究提高牛繁殖性能的另一个方向。目前繁殖性状所涉及FSH、LH、GDF9、RXRG、GnRH、PRLR、cAMP、ACTN1、C－myc等9个功能基因。Rahal等（2000）［21］报道牛FSHR基因的第10外显子存在多态性，但尚未进一步确定与繁殖性状的关系。雷雪芹等（2004）［22］以秦川牛和荷斯坦奶牛的双胎母牛和单胎母牛为试验材料，以牛的FSHR基因的第10个外显子作为标记牛双胎性状的候选基因，结果发现，在秦川牛的双胎母牛双胎牛和单胎牛二者之间FSHR基因的第10个外显子的突变率差异明显，FSHR基因的第10个外显子有可能作为双胎性状的候选基因。在牛上，目前主要集中在对母牛繁殖性状的研究上，应用GnRH可以帮助提高排卵迟缓、隐性发情或发情持续时间短的母牛受胎率（于影等2007）［23］。国内外对RAR基因在繁殖力上的影响研究很多，而RXR在影响繁殖力方面的研究尚不多见（黄萌等，2008）［24］；鲁西牛群体的该位点的基因型效应与双胎性状进行关联分析表明，基因型分布在鲁西、双胎牛群体上差异极显著（黄萌等，2008）。

3 结语

分子标记的产生和应用为畜禽抗病育种提供了新的思路，同时也为今后肉牛育种实践开创了分子育种的新领域。利用分子标记辅助育种与常规的选种方法相比，主要表现在不受性别、年龄等环境因素影响的情况下，充分利用表型、系谱和遗传标记获得更大的信息。因而可以进行早期选择，大大缩短育种年限，提高育种值的准确性。为肉牛肉质改良开拓了更广阔的应用前景。但也应该看到分子育种的不足，虽然国内外有关分子标记在肉牛育种上有不少成功实例，但是从总体上看，还仍处于试验研究阶段，要真正有效地用于规模化的肉牛育种，就要解决常规表型选择和标记辅助选择结合度，育种巨额花费等不少问题。

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