家畜MyoG基因结构和功能研究进展

栾兆进，曲绪仙，贺建宁，柳 楠

（1.青岛农业大学动物科技学院，山东青岛266109；2.山东省畜牧总站，山东济南250000）

生肌调节因子（MyoGenic Regulatory Factors，MRFs）家族又叫生肌决定因子（MyoD）基因，近年来通过对此家族的结构、功能以及调节机制的研究人增加了人们对肌肉生成过程的认知。现阶段在哺乳动物中确定的生肌调节因子（MRFs）包含4 个：MyoD、MyoGenin、Myf5 和MRF4［1］。根据功能的不同划分为两大类：一类是作用于胚胎发育时期成肌细胞的激活、发生，称为成肌决定因子（determination－class MRFs），如MyoD、Myf5；另一类是调控成肌细胞的分化、融合，称为成肌分化因子（differentiation－class MRFs），如MyoG。相关研究证实：MyoG基因的转录受Ski原癌基因、Six1、Eya3联合调控，进而导致肌肉终末分化［2］。肉用动物如猪、牛，其肌纤维数与生长能力相关［1］，由于出生后的纤维数不再增加，因此肌肉组织的生长只取决于肌纤维肥厚度的变化。研究表明肌细胞生成和生长主要由生肌调节因子作用来调控［3］。MyoG基因可以在几乎所有骨骼肌细胞系中表达［4］，所以其表达对肌细胞生成、融合以及肌肉组织生长产生的影响作用不容忽视。本文对MyoG基因结构、表达特点、多态性以及功能的研究进展进行综述。

1 MyoG 基因的结构

猪的MyoG基因含有3个外显子，外显子1编码螺旋－环－螺旋（basic helix－loop－heli，b－HLH ）结构域，外显子2编码一个含有27个氨基酸转录激活结构域，外显子3编码4种MyoD蛋白共有的C 端保守序列。猪的外显子和内含子区域与人类和小鼠基因非常相似［1］。邓凤［5］研究得出羊MyoG基因含有2个内含子，分别为766bp和587bp。测序发现山羊MyoG基因序列核苷酸富含GC（58.6%），且外显子GC含量明显高于内含子，与其它物种（包括牛、猪、人和鼠）的外显子序列具有高度保守性。成都麻羊MyoG基因序列长1 957bp，包含3个外显子、2 个内含子，外显子1、2、3 的大小分别是398 bp、82bp、122bp，内含子1和内含子2的大小分别为765bp和589bp［6］。刘铮铸等［7］对PCR 产物回收测序获得了波尔山羊2 363bp长的MyoG基因序列，分析出波尔山羊MyoG基因由3个外显子、2个内含子及部分5′UTR（74bp）和3′UTR（260bp）区组成，编码序列长675bp，共编码224个氨基酸，该序列所编码的肽链不含信号肽，MyoG基因的b－HLH 结构域由第1～138 个氨基酸构成。山羊中MyoG基因种间同源性较高，其与绵羊的编码氨基酸同源性均为100%，分析表明其编码肽链不含信号肽，是一种由细胞核来定位的疏水性蛋白［8］。牛MyoG基因序列长3 175bp，其与猪、人和小鼠相应序列的同源性较高，分别为86%，78%和73%，具有一定的种间保守性［9］。日本和牛MyoG基因的166～2 125bp 启动子序列中有1 个TATA 盒，15 个E－box并可能含有MyoD、MEF2、MEF3、MTBF、TEF1、PRDF、SP1、多个SRF、ERE、GRE 及多个Oct－1等转录因子调控结合位点，而这些转录因子可能通过调控启动子活性来影响转录［10］。

2 MyoG 基因的作用机制

肌细胞的数量、肌纤维的多少和大小决定了肌肉重。成肌细胞分化实质是由一些正向调控因子和负向调控因子双向调节的过程。生肌调节因子家族对成肌细胞的增殖和分化起正向调控作用，它们通过激活肌肉特定基因，来调控肌动蛋白（actin）基因发挥作用。当多功能胚胎干细胞定向发育为成肌细胞时，含有b－HLH 结构的生肌调节因子即表达来引导发育，若此时的生肌调节因子水平降低或撤出会导致成肌细胞的分裂、增值停止［11］，其中MyoG通过控制成肌细胞的融合和肌纤维的形成来调节肌肉生成，是肌细胞终末分化的关键因素。

3 MyoG 基因的功能

3.1 多态性与功能的关系

储明星等［12］利用PCR－SSCP 研究绵羊MyoG基因第1外显子多态性，183bp处发生的单碱基突变（C＞T），引起编码丙氨酸的密码子突变为缬氨酸密码子。邓凤［5］检测MyoG基因外显子1 编码区305bp处存在T＞C 的突变，外显子2编码区则不存在多态性。刘铮铸等［13］克隆959bp山羊MyoG基因，证实了BB基因型在内含子2的1 791bp处发生T＞C突变。天府肉羊和成都麻羊MyoG基因内含子1第422bp检测到C＞T 突变，存在E、F 2个等位基因，其中E 等位基因频率具有优势。天府肉羊群体中含有E 等位基因的个体在各个年龄段的体重、体高、胸围和管围均显著或极显著高于不含E 等位基因的个体［14］。由此初步推测MyoG基因可能是影响天府肉羊和成都麻羊生长性状的主效基因或者是与之存在紧密遗传连锁的标记。Yin等［15］研究MyoG基因多态性与鸡肉质性状相关，在第一外显子154bp处发现T＞C 碱基突变，而且不同基因型之间对活体重、胴体重、半净膛重、胸肌重具有极显著影响。这一结果暗示了MyoG基因可能是影响鸡胴体性状的主效基因或者是与之紧密遗传连锁的标记。Bocian等［16］发现猪MyoG基因对胴体脂肪沉积和肌肉增长有重要影响，为继续研究此基因如何影响肉质性状奠定基础。TePas等［17］发现MyoG基因有3个变异位点，初步研究表明变异位点与猪初生重、肌纤维数有关。TePas等［18］研究得出猪MyoG的基因型影响其生长率和肌肉重。Lin等［19］研究得出二脸花猪MyoG基因不同基因型对出生重影响极显著（P＜0.01），AB 基因型的肌纤维平均直径显著小于BB 基因型，因此肌纤维密度表现为AB基因型大于BB基因型。Zhu等［20］研究MyoG基因3′端MspI酶切多态性与肉质性状的关联，证实其N 等位基因极显著影响胴体瘦肉率、眼肌面积，减少脂肪含量，极显著影响降低pH 值、肉颜色、肌内脂肪含量，增加滴水损失，导致肉质变差。Anton等［21］针对大白猪MyoG基因进行多态性检测，发现AA、AB、BB 三种基因型，由于BB 基因型较少，此基因对出生重的影响不显著，但BB基因型的出生重相对于AA 基因型仍有增加趋势，如果可以加大种群数目，提高BB频率，对于MyoG基因与出生重的关系会更明确；MyoG基因不同基因型之间的差异显著，其中在育肥期BB 基因型小猪表现出最快的生长速度。Krzecio 等［22］研究证明CAST 基因和MyoG基因变异对猪后腿重有积极影响，同时对腰肌重有消极影响，两个基因的相互作用显著影响背膘厚度。猪MyoG基因外显子1上发现2 512bp处A＞G 突变，检测到A、B 两个等位基因，研究发现提高等位基因A 的频率可减小肌纤维面积与直径，增加肌纤维密度，由此推断MyoG基因可能是影响猪肌纤维形状的候选基因［23］。Bhuiyan 等［24］利用PCR－SNP、PCR－RFLP 的方法发现牛MyoG基因1 111bp处C＞G 突变，此位点的多态与活重的正相关性接近显著。牛MyoG基因的外显子1的466bp处存在G＞C突变，但是该位点的突变未引起氨基酸序列的变化［25］。

3.2 时空表达与功能的关系

MyoG基因作为一个转录调节因子，其表达使特异的骨骼肌胚胎性受体和收缩蛋白（如胚胎型烟碱样乙酰胆碱受体胚胎型、Trponin亚基胚胎型、肌球蛋白重链等）的合成得以进行，因此MyoG是至关重要的一个成肌调节因子［4］。张晓卉［26］研究显示MyoG基因只在骨骼肌组织中表达，在心脏，肝脏，脾脏，肺，肾脏，大肠，小肠，胃，卵巢组织中均不表达。目前针对MyoG基因的研究涉及到肌细胞生成素基因的表达特点、确认其作用时期、部位以及因此而产生的特异性功能。研究显示，MyoG参与骨骼肌损伤及修复过程，骨骼肌损伤后其mRNA 表达先升高，后下降，在24h达到峰值［27］。相关研究证实MyoG基因的表达限制了新前体细胞的形成，因此被认为对产肉量有重要影响［3］。湖羊MyoG基因的表达呈先增加再下降再增加的趋势，并且在2日龄时表达量最低，说明MyoG基因的表达对湖羊早期肌肉性状有正向调控作用［28］。邝良德等［29］研究得出肉兔MyoG基因表达量与宰前活重及全净膛率呈极显著正相关（P＜0.01），与日增重呈显著正相关（P＜0.05）。MyoG蛋白表达定位于骨骼肌细胞核，猪胎儿期间骨骼肌的MyoG蛋白表达水平高于成熟猪骨骼肌，对于同种猪的腿部骨骼肌中MyoG蛋白表达水平显著高于背部骨骼肌［30］，这项结果为继续分析MyoG的调节作用奠定了基础。李硕等［31］研究证实牛MyoG基因启动子可以特异性的在绵羊骨骼肌卫星细胞中驱动外源基因的高表达，是一种有效的肌肉细胞特异性启动子，这一结论从理论上揭示MyoG基因表达的关键调控位点，为改良家畜肉质提供实验依据。

3.3 甲基化与功能的关系

姜美华等［32］通过C2C12 成肌细胞来探讨肌源性干细胞成脂过程与调控成脂和成肌分化的关键转录因子MyoG启动子区甲基化的关系，MyoG基因在马血清促进的成肌过程中甲基化水平不断降低，转录水平急剧增加；在三联诱导过程中，MyoG启动子的甲基化水平逐渐下降，但下降幅度弱于马血清诱导的成肌过程，转录上调降低，两种方式共同证实了MyoG启动子区的DNA 甲基化变化对成肌细胞的分化和脂肪沉积具有一定的调控作用。

4 展望

生长速度、瘦肉率、体重等性状决定着动物肉用价值的高低，而动物在初生时所具有的肌纤维数就已决定了该个体的产肉能力，目前的研究结果认为MyoG基因在肌细胞的生成以及肌纤维合成的过程中起着中心调控作用。因此，了解它的结构、多态性、作用机理以及具体功能对加快优良家畜的分子育种进程以及提高家畜的生产力具有重要的理论意义和实践价值。目前，MyoG基因的研究多停留在结构、多态性等方面，还处在基础研究层面，未来的研究可以对其进行功能验证，找到互作基因或者调节因子，彻底的了解其对肌纤维性状的调控机制，进而认清其如何影响产肉性能，为有效地提高家畜肉质提供理论依据。

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