鸡性连锁矮小基因的研究进展及在家禽工业中应用现状

宋 政，孙晓先，牛俊伟，张 军，龚道清

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009）

鸡性连锁矮小基因（dw基因）是已知的8种矮小基因中的一种。有别于其他具有明显致病或致死效应的大多数矮小基因，诸多研究都表明，dw基因是唯一对鸡本身健康无害，而对人类有利的隐性、伴性突变基因。相比于正常体型鸡，由其培育而成的dw基因隐形纯合的矮小鸡仅有正常体型鸡体重的2/3，具有基础代谢率低、耗料量少、饲养密度大、适应性和抗应激强等诸多优势[1]。dw基因不仅具有优良的育种利用价值，而且为广大养殖者带来了明显的经济效益。dw基因的研究由来已久，其基因功能和作用机制已被广泛研究，并在现代家禽育种和实际生产中得到了非常广泛的应用。我国研究者将dw基因引入黄羽鸡品系中，育成了数种中国黄羽鸡的矮小鸡配套系，如农大3号、康达尔132、温氏黄等知名品种，均得到了市场的广泛认可，经济效益丰厚[2]。本文从dw基因的生理作用机制与分子基础、生物学效应和应用现状与展望对dw基因的研究现状与应用进行阐述。

1 dw基因的概述

1.1 矮小基因的分类

矮小基因按照其所在位置的不同，可以划分为常染色体矮小基因和性染色体矮小基因两类。常染色体矮小基因当中去除具有致死效应的基因还包括会导致鸡体软骨生长畸形的半数致死（Cp）、会导致鸡体甲状腺功能倒退的生存能力和孵化率（td）、会导致成年鸡体型减小的孵化率（adw）。由此可以发现，这些基因在导致鸡体体型减小的同时，还会伴随着Cp、较低的adw或是较低的td，这些基因在商品鸡群体中的基因频率也都非常低；性染色体矮小基因主要包括dw基因及其等位基因共约8种矮小基因。相较于dw基因的大多数等位基因都具有明显致病或致死效应，诸多研究都表明，dw基因是唯一对鸡本身的健康无害，而对人类有利的隐性、伴性突变基因，具有较高的育种利用价值和经济效益。

1.2 dw基因的定位

1935年苏联学者Behtank就发现了dw基因。dw基因位于鸡Z染色体上肝脏坏死基因in位点与无翼基因we位点之间，靠近银色（S）及金色（s）羽基因和慢羽（K）、快羽（k）基因，dw基因与银色基因和慢羽基因的交换值分别为7%和6.6%。dw基因属于伴性遗传，正常基因DW对dw显性，因此只有矮小型纯合子的公鸡和携带矮小型基因的母鸡才表现矮小性状。dw基因特异的基因效应和生理作用引起了较为广泛的关注，1970年于法国图尔市举行了第一次关于dw基因的主题研讨会，1973年在英国伦敦举行的第四届欧洲家禽大会进一步对dw基因展开热议。

2 dw基因的生理作用机制和分子基础

2.1 dw基因的生理作用机制

dw基因主要是通过调控其他基因的表达影响鸡体脂质沉积、血浆中激素浓度和相关酶活性等，对鸡体的生产和繁殖性能、生理特征、营养、习性以及病理特征等产生较为显著地影响。研究表明，鸡的生长发育主要受生长激素轴和甲状腺素轴调控。下丘脑根据机体需要分泌生长激素释放激素和生长激素抑制素，双重作用于腺垂体，控制生长激素（GH）的分泌；GH经血液循环至肝脏，与细胞膜表面的生长激素受体（GHR）结合，启动细胞内的信号传导机制，促进类胰岛素生长因子（IGFs）的表达；IGFs通过血液循环到达机体的局部组织，促进组织细胞的生长和分化。另外下丘脑还根据机体需要分泌促甲状腺释放激素，促使腺垂体分泌促甲状腺激素（TSH），TSH促使甲状腺分泌甲状腺素（T4）和三碘甲腺原氨酸（T3）来调节家禽的生长发育。可见GH受体在家禽生长调控中起中枢介导的作用[3]。而在与生长调控相关的主要因子当中，甲状腺激素、T4和T3、GH以及其相关的生长因子如类胰岛素生长因子Ⅰ（IGF-Ⅰ）等在矮小鸡中研究的最多。研究发现，在矮小鸡血液中生长激素水平普遍高于正常鸡的水平，血浆中IGF-Ⅰ的水平很低，甲状腺功能几乎衰退，血浆中T3和肝中5'-单脱碘酶的活性很低，而T4的水平与正常鸡相比却呈上升趋势[4]。

2.2 dw基因作用分子基础的研究

矮小型鸡肝细胞的GH结合活性消失或比正常鸡下降很多，因此认为缺失GHR或GHR数量减少是造成矮小型鸡体型矮小的主要因素。Burnside等从鸡的肝脏cDNA文库中克隆了GHR基因cDNA序列，进一步研究表明GHR基因上的一个突变可能是矮小鸡特殊表型的原因[5]。不同品系的矮小鸡GHR基因上的突变或缺失情况也不同，有些可能是GHR基因的调控区发生突变，有些可能是结构基因发生了突变，还有的可能发生了点突变。Agarwal等以CT品系的矮小鸡为动物模型，首次对矮小鸡dw基因的突变进行了精确定位，表明dw基因的突变导致了cGHR表达的功能异常，推测其可能是导致CT品系的矮小鸡表现型的原因[6]。戴茹娟等通过构建鸡的染色体文库，分离到了鸡GHR基因，利用该基因的部分序列即5'端2.5 kb和3'端6 kb分别作探针进行RFLP分析，发现用2.5 kb基因片段不能检测到正常鸡和矮小鸡之间存在的多态性，用6 kb基因作探针在正常鸡检测到带的长度为6.0 kb，矮小鸡为4.1 kb，杂合子鸡能检测到这两条带，证实了矮小鸡均是GHR基因缺失突变造成的，并说明突变是发生在基因3'端的6.0 kb这一基因区域内[7]。肖璐等根据已知正常鸡的cGHR第10个外显子和3'UTR区的DNA序列，分别对正常农大褐鸡和矮小型农大褐鸡进行了PCR扩增，结果正常鸡扩增片段为2 026 bp，矮小鸡为255 bp，并精确定位了农大褐矮小鸡GHR基因的缺失突变位点，农大褐矮小鸡在第10个外显子和3'UTR区总共缺失1 771 bp，缺失的大部分碱基主要是3'UTR区的碱基，DWDW鸡GHR基因在此扩增区域内有2个poly A信号，而dwdw鸡只有1个poly A信号，对不同品种的矮小鸡尽管GHR基因其缺失突变的碱基数不同，但缺失的起始位点可能都相同，即都缺失编码27个保守氨基酸的核甘酸序列，这也可能是导致矮小的主要原因[8]。除了由点突变导致的dw外，其余不同品系dw鸡的cGHR基因缺失突变是否具有相同的缺失起始位点，而品种间的差异仅仅发生在3'UTR区还需进一步探讨。Tahara等根据正常型的白色来航鸡（MA line）和正常型的白色朴茨茅斯洛克鸡（16 line）建立了性连锁矮小型鸡（SLD鸡）白色来航鸡品系（S23MA line）和白色朴茨茅斯洛克鸡品系（15 line），以表型为特点进行分析，并鉴定出了这两种SLD鸡品系中的效应基因，与正常型相比，这两种SLD鸡都表现体重低、跗蹠骨长度短和血液生长激素水平高的特点，结果表明，在SLD鸡的生产激素受体中可能存在一种缺陷。通过Northern印迹法和PCR分析，在每个SLD鸡品系中都鉴定出了两种类型的生长激素受体缺陷，S23MA line的生长激素受体基因的外显子5和内含子5接合位点上存在一个单一的基础变异，然而15 line的生长激素受体基因的外显子10缺失了很大的一部分，包含3'编码区末端和3'UTR上的27个高度保守的氨基酸，此外，还发现SLD鸡生长缓慢是由于其采食量下降导致的[9]。这两种可以从基因角度上区分的SLD鸡，能够作为一个有效的工具来分析鸡中生长激素新奇的功能和生长激素受体的转换作用。

3 dw基因的生物学效应

3.1 肉用性能

和正常鸡相比，dw基因使鸡的成年体重下降30%～40%，对鸡体重的影响是一个逐渐连续的过程，而且品种体型不同，影响程度也不同，体型越大的鸡，引入dw基因后体重下降的比例越小。Chen等报道dw基因从2周龄开始影响骨骼发育，但影响肌肉发育的窗口期要等到8～12周龄[10]。成年矮小鸡的体形比正常鸡小，主要表现在矮小鸡的胫长比正常鸡短约25%，大腿骨萎缩退化严重，小型鸡的爪面积、自然体高、体宽和背高明显低于正常型鸡。

3.2 繁殖性能

dw基因对产蛋率、蛋重、蛋品质和孵化率等经济性状都有显著影响。矮小鸡普遍能提高鸡群的产蛋率、合格产蛋率和受精率，而对产蛋数无显著影响。矮小鸡还会降低蛋重（一般为正常鸡蛋重的90%），并且引入dw基因的不同品系蛋重水平有很大差异。中型鸡和轻型鸡引入dw基因若不经选择，产蛋率会下降约10%，经过选择可以提高到正常蛋用型鸡的产蛋率水平[1]。研究还发现，矮小型褐壳蛋鸡的蛋比重、蛋壳强度、哈氏单位和蛋黄比例均显著高于正常型褐壳蛋鸡，其蛋壳质量也优于正常型褐壳蛋鸡，但蛋壳厚度差异不大[11]。

黄贝莹等通过饲喂普通蛋鸡日粮和不饱和脂肪酸含量较高的5%亚麻油日粮，观察在日粮不同脂肪酸水平下矮小型和普通型褐壳蛋鸡在卵黄沉积脂肪酸效率上的异同，试验结果表明，dw基因显著地影响卵黄多种脂肪酸的沉积，矮小型鸡卵脂中花生四烯酸[20B4（n-6）]的含量显著高于普通型 鸡 亚 麻 油 酸 [18B3（n-3）]、EPA[20B5（n-3）]、DHA[22B6（n-3）]含量（P＜0.05），矮小型鸡略高于普通型鸡，但两者未存在显著差异（P＞0.05），对卵脂饱和脂肪酸（SFA）总量的影响，基因型与日粮脂肪酸水平存在显著的互作（P＜0.05）[12]。

3.3 饲料转化率

dw基因可显著提高蛋鸡饲料转化率，显著降低肉用型鸡制种成本。无论是重型鸡还是轻型鸡，生长期矮小型鸡饲料报酬均高于正常型同胞，产蛋期间，肉用种鸡矮小型母鸡比正常型鸡的饲料报酬提高约15%～20%，比中型褐壳蛋鸡提高20%～25%。

3.4 其他

研究证实，矮小鸡对高温有较强的抵抗力和适应性。另有研究表明，矮小鸡对马立克氏病、螺旋体病均有一定的抵抗能力，对新城疫和球虫病则无特别反应。轻型品系的矮小鸡，由于其体型小而不存在胸囊肿，但易感佝偻病、营养性皮炎和大肠杆菌病。

4 dw基因的应用现状与展望

4.1 矮小鸡父母代应用中的优缺点分析

相比正常鸡，引入dw基因选育的矮小鸡的主要优点表现为：胫骨比正常性短约33%，体重比正常性低约30%；耗料量较少，平均可节省饲料约20%～30%；抗热应激能力较强；矮小鸡基础代谢率较低，且性情温驯，易管理，饲养密度较大；对细菌性疾病和马立克病有一定的抗病力；矮小型蛋鸡产蛋率较高，产双黄蛋和畸形蛋少，种蛋合格率可提高约3%，入孵蛋孵化率高2%～3%，每只种鸡可多产雏鸡约1.5%～8.5%；产蛋期死淘率较低；消化系统发达，消化器官比正常型重约17%，腺胃乳头多约 36%[1-2，13-16]。

矮小鸡父母代的主要缺点表现为：育成期的管理很重要，易早熟，若开产初期达不到标准，会影响早期蛋重；蛋重较正常型轻1～3 g。

综合可见，在正常型鸡中引入dw基因选育新的矮小鸡品系，可以有目的的对正常型鸡的生产性能和繁殖性能、耗料量和产蛋性能等诸多特性进行改良，从而培育出更受市场欢迎的产品。

4.2 dw基因在鸡育种和生产中的应用现状

4.2.1 国内外应用dw基因推出的主要配套系

近三十年来，矮小鸡已成为家禽生产和育种研究领域热点，国外诸多育种公司推出许多广受市场欢迎的配套系，例如法国伊莎明星、法国安康红、法国撒苏、红宝矮小型等。近年来，我国研究者也积极投身矮小鸡的生产、应用和育种研究当中。中国农业大学通过三元杂交育成的“农大3号”节粮小型蛋鸡配套系。节粮小型蛋鸡配套系经过5年示范推广和配套饲养管理技术的研究，不仅生产性能稳定，且经济效益显著提高。饲养节粮小型蛋鸡在高产的同时能节省饲料约20%，且能有更高的饲养密度，从而能获得更大经济效益。在黄羽肉鸡上的应用，中国农科院畜牧所、上海农学院、广东省农科院和广东省佛山墟岗黄畜牧有限公司开展的工作较早。目前，在市场上矮小鸡品系主要有康达尔132、温氏黄、江村黄、岭南黄、墟岗黄、新广黄等[2]。

4.2.2 在黄羽肉鸡生产配套中的应用

肉质鲜美、风味独特的黄羽肉鸡广受中国消费者的喜爱。但中国本土黄羽肉鸡在市场推广当中因为其生长性能和繁殖性能差、耗料量大、繁殖密度低等原因使其应用受到限制。而dw基因为黄羽肉鸡的育种和应用提供了新方向。

dw基因在黄羽肉鸡育种中常作为配套系中的母系。配套模式如下：

虽然实际生产中工作较为复杂，但三系或四系配套因其能更好的利用杂种繁殖，从而使商品代有望获得较大的杂种优势，且纯种饲养量较少。但无论那种配套方式，父母代的母鸡均为含dw基因的矮小型个体。利用dw基因培育矮小型母本品系，在黄羽肉鸡生产配套中已成为主流模式[1]。

4.3 dw基因的应用前景与展望

在实际生产中，现代养鸡业的饲料费用要占养殖总费用的50%以上，矮小鸡由于其体型小，所用于维持需要的营养物质消耗就相对较少，同时基础代谢率较低，饲料利用率也比正常型同胞要高，因而可在生产中节省大量饲料，显著降低饲养成本，为养殖者带来丰厚的经济效益[17]。矮小鸡的生产性能和正常型鸡差别不大，有些方面还有所改进，同时矮小鸡饲养密度高，占用房舍面积较少，单位面积的饲养量和提供的禽产品数量要多，饲养成本较低，经济效益明显，因而很多家禽育种公司都致力于矮小鸡种的培育工作，开发了许多配套系，并将矮小型鸡种推入世界家禽市场，受到养殖者和消费者的认可和青睐。

在科学研究工作中，矮小鸡提供了一个特殊的cGHR基因缺失的动物模型，可以用于研究莱伦氏症候群（生长激素缓慢症候群），同时还可用于研究与机体生长调控相关的重要因子（甲状腺激素、GH、GHR和IGFs）的结构与功能以及其代谢调控。而GH在细胞增殖与分化、脂肪酸代谢、糖代谢、蛋白质合成、生殖、延长寿命和正常的生长过程中都扮演重要的角色。然而，除了脑垂体和肝脏，GH在其他各个组织中的生理机能还不明确。由此可见矮小鸡是用来研究GH多方面功能的良好的试验模型。因此，dw基因具有很高的经济价值和广阔的应用、研究前景，值得进一步深入研究、开发和利用。

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