PRLR基因与动物繁殖性能的相关性

王怀禹（南充职业技术学院，四川　南充　637131）



PRLR基因与动物繁殖性能的相关性

王怀禹
（南充职业技术学院，四川南充637131）

摘要：催乳素受体通过与催乳素结合，介导包括动物泌乳和繁殖在内的多种生物学功能。近年来，PRLR基因作为动物繁殖性状的候选基因国内外开展了广泛的研究。对PRLR基因的结构与定位、PRLR的生物学功能、PRLR基因与动物繁殖性能的相关性、PRLR基因研究中存在的问题和前景进行了展望，为进一步阐明其遗传机理，以及为采用候选基因法寻找动物重要经济性状的遗传标记提供参考。

关键词：催乳素受体基因；特异性表达；母性行为；遗传多态性；繁殖性能

催乳素（PRL）是由垂体前叶分泌的一种单链多肽类激素，广泛作用于动物的性腺和乳腺。PRL要行使其生理功能必须结合催乳素受体（PRLR），再作用于靶细胞，引起靶细胞的各种生理生化反应。PRLR广泛存在于动物的各种组织中，其主要作用是刺激乳腺发育和促进泌乳，在动物繁殖过程中起着非常重要的作用。自1997年有关专家首次对PRLR基因进行定位研究以来，国内外学者就PRLR基因与动物繁殖性能的相关性展开了广泛的研究，主要包括品种（系）内的研究，品种（系）间的研究，胎次间比较研究以及产仔数性状基因间互作研究等。虽然这些研究对提高动物的繁殖性能取得了一定的遗传进展，但PRLR基因影响动物繁殖行为的遗传机理，以及PRLR基因的遗传效应在众多研究中表现出来的差异性，表明PRLR基因作为提高动物繁殖性状的候选基因还需要进一步做出更为全面深入的研究。笔者就PRLR基因与动物繁殖性能的相关性的研究进展做一综述，旨在为动物标记辅助选种、育种和提高其繁殖性能提供理论参考和实践帮助。

1 PRLR基因的结构与染色体定位

截至目前，常见动物PRLR基因的结构和在染色体上的定位研究工作已经基本完成，人定位于5号染色体短臂（5p13-p14），大鼠和小鼠分别定位于2号和15号染色体上，猪和绵羊定位于16号染色体上，其中猪具体定位于16q2.2-2.3，山羊和牛的PRLR基因均定位于第20号染色体上，其中奶牛20q17。在家禽中，鸡的PRLR基因定位于Z染色体上的45 cM处，由14个外显子和13个内含子组成，长约30 kb；含2 496 bp开放阅读框，编码831个氨基酸残基的多肽。氨基酸序列分析发现，鸡PRLR与哺乳动物的同源性在50%～56%之间，与其他鸟类在77%～90%之间。哺乳动物PRLR基因比较长，其总长度100kb左右，至少包括10个外显子和9个内子，且外显子1是可变的，外显子10编码PRLR膜内结构域的大部分。

2 PRLR的生物学功能

PRLR广泛存在于哺乳动物包括下丘脑—垂体—性腺调节轴的多种组织中，作为高度亲和性受体与PRL结合，产生多种生理功能，其中与动物繁殖相关的生物学功能主要表现在：①促进乳腺的生长发育、乳汁的合成和维持乳汁分泌。②与母体卵泡发育、排卵、受精、胚胎发育等多种生殖功能有关。PRL与在子宫内膜上的PRLR结合，再与卵巢类固醇类激素相互作用调节子宫内膜局部内分泌；PRL通过与卵子中的PRLR结合，调节卵泡成熟，维持黄体功能，这些都为母体妊娠提供了良好的微环境，同时对胎儿发育有促进作用，对胎儿肺、肠成熟、肠黏膜对液体和离子（如Ca2+）吸收及骨骼的生长均有促进作用。③能刺激公畜睾丸间质细胞的发育，增加雄性动物公睾丸重量和精细管直径，影响公畜的性行为。

研究表明催乳素基因和催乳素受体基因发生突变，都会引起动物的繁殖机能障碍。研究发现，PRLR基因发生的变异与胚胎存活率显著相关，PRLR基因可以通过基因间的SNP—SNP互作与受精率和存活率呈显著相关。

3 PRLR基因与动物繁殖性能的相关性

3.1PRLR基因与繁殖相关的组织特异性表达

截至目前，PRLR基因与动物繁殖相关的组织特异性表达研究主要集中在对动物下丘脑—垂体—性腺调节轴和不同生理发育阶段mRNA水平的监测，以对羊的研究居多。有关学者在绵羊卵巢中检测到PRLR基因的表达，发现PRLR基因在类固醇生成的过程中发挥着重要的作用。PRLR mRNA的表达水平在妊娠中期上升，在妊娠后期下降，在泌乳期PRLR mRNA的表达水平要比妊娠期高，其间一直能稳定保持。曾献存等［1］研究结果表明，PRLR基因在下丘脑和子宫组织中的表达量显著高于其他组织（P<0.01）。PRLR基因在垂体中的表达量以30日龄时最高，之后急剧下降，各日龄间差异并不显著（P>0.05）；在卵巢组织中从7日龄起呈先降后升的趋势，90日龄高于0（P<0.01）、14和30日龄（P<0.05）；在睾丸组织中总体呈上升趋势。赵艳红等［2］研究发现，pRLR基因在内蒙古绒山羊下丘脑—垂体—卵巢调节中均有表达，但对表达水平的差异性没有做出进一步研究。薛慧良等［3］研究黑线仓鼠PRLR5’端5种单倍型结构间，除了H1和H2、H4和H5之间外，其余单倍型间黑线仓鼠发情期卵巢PRLR的表达量均存在显著差异，并且发情期卵巢PRLR的表达量与胎产仔数存在显著正相关（r=0.982）。这些研究结果揭示，PRLR基因及其表达产物可能对动物卵巢的生长发育及繁殖力有着重要的调节作用。在家禽及鸽属动物中的研究也表明，PRLR与家禽的性成熟等有关，PRLR基因是调节其生殖活动的重要基因［4］。

通过品种（系）间PRLR基因表达水平的研究，进一步揭示了品种（系）间家畜繁殖力产生差异性的可能原因。吴宪红等［5］研究发现，乐至黑山羊和藏山羊PRLR的mRNA在卵巢和肝中的表达量没有显著性差异，但在垂体和子宫内膜中的表达量分别是藏山羊的39.0和29.9倍（P<0.05）。黄贺等［6］研究发现，在民猪和长白猪卵巢、输卵管、子宫PRLR mRNA表达水平均呈现随月龄增加而上升的趋势，在卵巢和输卵管8月龄达到最高水平，民猪卵巢PRLR mRNA表达水平显著高于长白猪（P<0.05），PRLR mRNA在两品种输卵管中的表达差异不显著。在民猪子宫PRLR mRNA 6月龄表达达到最高水平，8月龄显著下降（P<0.05），长白猪在8月龄达到最高水平，品种间在6月龄差异显著（P<0.05）。这些表达的差异性可能与品种（系）间繁殖性能的不同相关。

3.2PRLR基因与母性行为

良好的母性行为可有效降低仔畜的死亡率，母性行行为在动物生产中的重要性已经越来越引起人们的高度重视，特别是对高产体系母性行为的研究，有助于探索其影响仔畜成活率的因素。研究发现小鼠PRLR基因的一个无义突变会导致小鼠母性行为的缺陷。孙伟等［7］研究发现，舔舐、哺乳和踩踏3种母性行为在湖羊PRLR基因外显子10不同基因型个体间存在极显著差异（P<0.01），母性行为从好至差的顺序为：AA>AB>BB。张向楠等［8］研究发现，湖羊PRLR基因AA型和AB型个体在舔舐、踩踏行为的观察数间差异不显著，但均与BB型个体差异显著。哺乳行为则在AA、AB、BB 3种基因型间依次降低，且差异均显著；拒绝哺乳行为在各基因型个体间差异均不显著。崔世泉等［9］研究发现，长白猪的PRLR基因的cDNA第1620位点处多态位点的等位基因A可能是影响母猪母性行为的不良基因，AB型母猪较其他两种基因型母猪，表现出较低的侧卧转为其他姿势的频率以及由母猪结束哺乳的频率（P<0.05），其他行为性状在各基因型间不显著。

3.3PRLR基因与繁殖性状

PRLR基因具有丰富的遗传多态性，与动物繁殖性能密切相关，其多态性及基因型频率的分布在品种（系）内或不同品种（系）间均存在一定差异，进而表现出不同的遗传效应。有关专家将PRLR基因作为猪产仔数的候选基因，研究结果表明，PRLR基因与5个品系中的3个品系的总产仔数和产活仔数显著相关（P＜0.05），AA基因型比BB基因型个体每窝增加0.66～1.00头以上的仔猪。研究发现，PRLR基因与发情周期、排卵率和胚胎数具有相关性，AA为优势基因型。国内一些学者研究PRLR基因多态性与猪繁殖性能的关联性时，在优势基因型的确定及其产生的遗传效应上，与前述国外学者的研究结论基本相似［10-15］。近年来，羊PRLR基因多态性与其繁殖性能的关联性的研究也获得类似的结果。郑心力等［16］研究发现海南黑山羊PRLR基因内含子II的3种基因型对产羔性状的影响达到了极显著的水平，AA型平均产羔数显著优于其他2种基因型（P<0.05）。汪代华等［17］研究发现天府肉羊AA基因型经产母羊的产羔数比BB型高0.389只（P<0.05）。吴洪宾等［18］研究发现AA基因型中国美利奴羊初生重均值比BB型重0.66 kg（P<0.05）。

研究发现，PRLR基因对长白、杜洛克以及杜洛克×大白猪杂交系产仔数影响不显著，杜洛克×大白猪杂交系中B等位基因为有利基因，能显著提高产活仔数0.71头/窝，冯富彦等［19］研究发现，3种基因型对长白、大白和杜洛克3个国外品种的经产母猪产仔数呈显著相关（P＜0.05），对豫南黑猪的产仔性状的差异未达到显著水平（P＞0.05），但呈现BB型>AB型>AA型的趋势。在经产母猪总产仔数与产活仔数方面，引进猪种BB型比AB、AA型平均多产2.04头、2.47头，差异显著（P<0.05）。

有的研究也出现过与上述两种研究结果不一致的情况。研究发现PRLR基因多态位点与产仔数并不显著相关。穆晓琨等［20］分析发现，AD型平均产羔数优于其他3种基因型，并且与AB型差异显著（P<0.05）。于雷［21］研究发现，兰德瑞斯猪第三胎产活仔数性状AB型个体与BB型个体差异显著（P<0.05），AB型比BB型个体高1.41头/窝。在约克夏第二胎、第三胎和兰德瑞斯猪中产仔数和产活仔数，不同基因型均表现为AB>BB>AA，但各基因型个体间差异不显著，AB基因型为优势基因型。最近，李庆岗等［22］研究发现淮猪PRLR基因AB型个体产仔数比AA型和BB型个体分别提高0.77（P<0.05）和1.59头（P<0.05），产活仔数分别提高0.65（P>0.05）和1.8头（P<0.01）。

3.4PRLR基因与产仔胎次

研究发现，PRLR不同基因型对母猪第一胎的产仔数、产活仔数和断奶数有影响，虽然对经产母猪的繁殖性能影响不显著，但其产仔数仍然以AA型最高。最近，苏先敏等进一步研究了PRLR基因各基因型与猪多胎次间多繁殖性状的相关性，结果表明，大白猪第1、2和3胎各繁殖性状均呈现出AA>AB>BB基因型。其中，第3胎次AA基因型个体产仔数、产活仔数、断奶仔猪数、初生窝重及断奶成活率比BB基因型个体平均分别高出0.31头、0.63头、0.02头、0.65 kg和0.43%，但差异均不显著（P>0.05）。黄贺等［23］研究民猪PRLR基因的第8外显子和第8内含子的多态性与其繁殖性能的关联性，结果表明，在PRLR-1座位，BB基因型初产母猪的TNB和NBA比AA基因型初产母猪分别多0.93头和0.78头（P<0.05）；BB基因型经产母猪的TNB和NBA比AA基因型经产母猪分别多0.62头和0.74头（P<0.05）。在PRLR-2座位，无论初产或经产母猪，3种基因型个体的TNB之间和NBA之间差异不显著（P>0.05）。

3.5PRLR基因与其他基因的互作

PRLR基因与其他基因互作对动物繁殖性能的影响研究结果表明，PRLR基因与其他基因之间存在影响动物繁殖性状的联合效应，且高于单基因型的遗传效应。王立辛等［24］研究猪PRLR和RBP4基因合并基因型对产仔数的影响，结果表明，BBAB为有利基因型，AABB为不利基因型，长白、大白各基因型产仔数差异显著（P<0.05），而杜洛克差异不显著（P>0.05），有利基因型与不利基因型比较均达到显著差异，合并基因型的遗传效应显著高于单基因型效应。何庆玲等［25］研究结果表明，苏姜猪PRLR基因各自基因型的效应差异均不显著（P>0.05），但PRLR与RBP4基因合并基因型的效应显著（P<0.05）。王立辛等［26］研究了猪雌激素受体、卵泡刺激素-β、催乳素受体和视黄醇结合蛋白4基因合并基因型对产仔数的影响，结果表明，AABBBBAB最优合并基因型的总产仔数为11.31头，比最劣组合平均高1.8头，合并基因型的遗传效应显著高于单基因的遗传效应。李庆岗等［22］研究发现，PRLR与FSHβ、ESR基因的合并基因型中，AAAABB为优势基因型，其总产仔数达到14.5头。曹斌云等［27］采用SSCP技术与家系选育相结合的方法，研究西农莎能奶山羊多羔基因（PRLR 和LHβ）聚合育种的效果，发现PRLR和LHβ基因聚合作用下的GGCCPPLL组合基因型的聚合效应对产羔数的影响显著高于其他基因型组合（P<0.05）。

3.6PRLR基因与精液品质

研究发现，PRLR基因对公猪繁殖性状（射精量、精子活力、精子密度等）有显著影响。研究结果表明，PRLR基因的多态性与精液品质显著相关，杜洛克公猪AA基因型比AB基因型个体采精量多，精子畸形率低，未成熟精子数少（P<0.05），AA基因型个体精子活力显著高于AB基因型（P<0.05）；pRLR基因不同基因型个体在射精量、精子活力和精子活率间差异极显著（P<0.01）。于雷［21］研究发现，在兰德斯猪中，对精子畸形率性状AB型个体与BB型个体之间差异显著（P<0.05），与杜洛克公猪一样，总体上AB型个体精液品质最差。宋永利等［28］对公牛精液品质的研究表明，PRLR基因多态性与牛鲜精的顶体完整率和冻精活力显著相关，第1外显子位点AA型鲜精顶体完整率显著高于AB型。第8外显子位点CD型冻精活力显著高于CC型和DD型。

4　问题与展望

从国内外对PRLR基因的研究来看，主要集中在其与猪产仔数的关联性研究上，研究对象的范围相对较窄，而且PRLR基因与其他作为繁殖性状的候选基因一样，其多态性及基因型频率的分布在同一品种（系）内或不同品种（系）间均存在有较大的差异，进而表现出不同的遗传效应。引起这些差异的原因还不十分清楚，可能与不同品种（系）的遗传背景、选育方法、饲养管理水平及外界环境等因素有关，也可能与研究方法有关，如检测的群体过小，样本量偏少，研究的基因位点范围较局部等。所以无论PRLR基因外显子还是内含子检测出来的多态位点，其产生的遗传效应还需要在不同的品种、不同的世代及更大规模的群体中进行系统的分析和验证，还需要开展大量基础性的研究工作，尤其是阐明该基因功能位点对繁殖性能的遗传效应及作用机制，才能为其在育种实践中加以利用奠定良好的基础。

较长时间以来，对RBP4基因的研究主要采用单基因分析的方法，但动物的繁殖性状是受多基因控制的数量性状，因此，多基因合并分析更具有理论和实践意义。少量的研究表明，PRLR基因与其他候选基因合并基因型对产仔数的遗传效应一般要高于单基因的遗传效应，但并不呈现一定规律，在目前人们对动物繁殖性状的形成机理缺乏详细了解的情况下，单纯地通过统计学方法很难反映各基因之间相互作用的真实状况。值得期待的是，随着分子生物学和生物信息学的发展，动物繁殖性状形成的分子机理会逐步被人们所认识，利用PRLR基因为代表的候选基因对动物繁殖性状进行标记辅助选择，将缩短选择性状的育种周期，提高选择准确性，尤其是通过基因聚合对动物低遗传力性状进行改良仍将是可行的，应用前景十分诱人。

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中图分类号：S81

文献标识码：B

文章编号：1004-5090（2016）01-0015-04

收稿日期：（2015-11-02）