牛Leptin基因多态性与肉品质相关性研究进展

萨吉代姆·麦麦提 李娜 周振勇 李红波 张金山 张杨

摘要 Leptin是白色脂肪组织分泌的激素，在脂肪代谢与能量代谢过程中起重要作用以及影响肉牛生长性能，胴体性状及肉品质的候选基因。本文就Leptin基因的发现、基因结构特点与生物学功能、基因多态性与肉品质相关性研究情况做了简要概述，旨在为探讨牛肉品质相关基因的研究提供理论依据。

关键词 Leptin基因；基因多态性；肉品质

中图分类号 S813.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）06-0238-02

1 Leptin基因的发现

20世纪中叶，有些学者开始探索导致肥胖的原因[1]，在1953年Kennedy就推测脂肪组织可能产生一种调节体重的激素，在1958年Horvey通过实验证明这个激素是下丘脑下发挥作用。到了1969年美国学者Coleman利用异常肥胖突变小鼠（ob 小鼠）和又肥胖又带糖尿病的的小鼠（db小鼠）上面进行了实验解释了调节体重的这个物质。此基因编码的蛋白质注射在ob肥胖小鼠后发现它可以改变其外表，从此该蛋白质被称为瘦素（Leptin），它又被称为苗条蛋白，抗肥胖因子等等。1991年Friedman等提出了包括Leptin的5种可致肥胖的单基因突变，为瘦素的分子生物学研究打下了基础；1994年 Zhang等[2]成功克隆小鼠的Ob基因以来，在鼠、人和其他动物进行大量研究；到了2010年科学家研究证明了Leptin的调节食欲和体重的作用。

2 Leptin基因的结构及其多态性

牛Leptin基因全长大约18.9 kb，包含3个外显子、2个内含子，有长约3 kb的启动子序列，第一外显子（片段长度34 bp）和第一内含子处于5′非翻译区，编码区位于外显子2和3，外显子全长4 240 bp，第一和第二内含子的大小约为14 kb和1.7 kb。第三外显子包含编码区（编码118或119氨基酸）和3′非翻译区，是一个非常保守的基因结构[3-4]。mRNA长度为2 930 bp，通过和其他哺乳动物（人、猪、小鼠、羊、山羊）的基因序列比较，结构基本相同。小鼠Leptin基因与人、羊、牛、牦牛、猩猩、恒河猴、大鼠、猪、鸡和北京鸭等均有同源性。在氨基酸水平，大鼠和小鼠Leptin之间有96%的同源性，人与大鼠、小鼠Leptin具有84%的同源性。Stone等将该基因定位在牛的第4号染色体[5]，Pfister-Genskow等又将其确定在距离BTA4 101 cM处[6]。Friedman等小鼠位于第6号染色体上，Isse等克隆了人类Leptin基因，其定位于第7号染色体[7]，Sasaki等猪位于18号染色体[8]。大量文献报道牛Leptin基因也存在非常丰富的 SNP 位点，目前NCBI上公布了125个SNPs位点。Konfortov等对22頭牛长度为1 788 bp的基因片断进行检测并测序找到了20个SNPs，其中有6个SNPs在外显子上[9]。Yoon等以24头韩国牛为研究对象，在对包括Leptin基因外显子和约1 kb的启动子区域的片段测序后，结果发现57个突变[10]。Liefers等测定了613头奶牛的Leptin的启动子区域，共发现14个多态位点[11]并报道了Leptin基因多态与肉牛的胴体成分和奶牛的产奶量高度相关[12]。到目前为止，Bernard 等检测了牛内含子1的部分突变（如：103位点，T/C；126 位点，C/G；143位点，C/T）（EMBL，AJ236854）[13]。

3 Leptin的生物学作用

Leptin是分子量为16 KDa的主要在脂肪细胞的蛋白质类激素，由167个氨基酸残基构成，且含有一个由21个氨基酸残基构成的信号肽序列，是球形分子，以单体形式存在于血浆中[14]。血浆中有80%左右的Leptin与蛋白质结合，只有游离的Leptin才起生物作用[15]。Leptin是由ob（肥胖）编码的基因参与调节食欲，基础代谢和胴体脂肪重量。随着老鼠、牛、猪和羊血浆瘦素浓度的增加脂肪沉积和食欲下降并增加基础代谢水平。因此，瘦素在维持体重方面具有重要作用。外源性的Leptin显著降低老鼠、鸡、猪和绵羊采食量和体重[16]。Leptin作为肥胖信号以负反馈环方式来通知大脑并且在内分泌、血管生成、免疫功能、繁殖、骨形成、饲料转化率、生长发育及各种生理功能中也起到重要的作用[17-18]。Tartaglia等克隆了小鼠OB-R的cDNA[19]。Leptin受体基因位于4号染色体上，全长约5.1 kb，编码1 162个氨基酸，属于细胞因子受体家族。OB-R由胞外区，跨膜区和胞内区3个部分组成。OB-R的主要生理功能是与Leptin结合，使Leptin发挥调节体内的能量平衡，脂肪贮存等生理作用，参与Leptin的自分泌调节，并参与Leptin调节能量平衡以外的其他方面的作用（如代谢、生殖、造血等）。

4 Leptin基因多态性与肉品质相关性研究

Leptin是哺乳动物中一种高度保守的细胞因子样激素。在牛身上Leptin基因多态性高度引起科学家的关注并在日增重、采食量、奶牛产奶量、生长性状、胴体性状、肉品质、生育性状和繁殖性状有着重要影响，并且在不同的牛群中该基因的多态性也存在差异。

Schenkel .F.S等对小母牛、公牛等杂交牛的Leptin基因5个SNP的基因分型并进行胴体性状与肉品质相关性研究，结果发现2个外显子2与脂肪、瘦肉产量、脂肪等级（E2JW，P<0.01；E2FB，P<0.05）及肉嫩度（P<0.01）相关[20]。Lagonigro等对12月龄荷斯坦与夏洛来杂交2代公犊牛进行了研究，提出该位点的多态性对采食量有显著影响，AT基因型个体平均采食量高于AA基因型，但是对肌内脂肪、皮下脂肪、背膘厚、大理石纹等与胴体性状没有显著作用[21]。姜长生以新疆褐牛为试验对象对这2个位点进行检测，结果显示E2JW位点与肌内脂肪含量和剪切力相关[22]。刘自增等报道，Leptin基因在第2、3外显子上存在7个SNPs位点，LEP 3257对总脂含量有一定的贡献[23]。Jing Tian等检测中国西门塔尔杂交牛Leptin基因编码区2个单核苷酸多态性（e2-169 T>C和e3-299 T >）与胴体和肉品质性状相关性研究。结果表明e2-169 T>C（C57R）的CC或CT基因与背膘厚度、MCS、FCS、肌内脂肪含量和多不饱和脂肪酸含量（P<0.05）具有相关。e3-299>（S100T）与胴体性、屠宰率、QIB和脂肪酸含量显著相关（P < 0.05）[24]。李 娇等以中国西门塔尔公牛为研究对象检测E2FB的多态性，并与经济性状进行关联分析表明：在试验中未发现E2FB位点与经济性状有显著相关（P>0.05）并UASMS2位点对平均日增重和剪切力有显著影响（P<0.05）[25]。E2FB位点的多态性Buchanan等肉用公牛与脂肪级别和平均脂肪含量有显著影响（P=0.023，P=0.013），但和大理石纹相关性不显著[26]；Thiago等对安格斯×内洛尔和红安格斯公牛，奶牛红安格斯公牛等杂种牛与该位点（AY138588.1：c.305C>T）跟脂肪厚度和剪切力有相关[27]，可Crews等报道发现该位点对胴体性状包括背膘厚、大理石纹、胴体重、眼肌面积等无显著影响[28]。L.F.B. Pinto等分析内洛尔公牛身上Leptin基因的单核苷酸多态性与肉色，分别于7、14、21 d后分割排酸的蒸煮损失率并观察发现E2FB中的TT基因型虽然是低频率，但与7 d后成熟肉的蒸煮损失率相关[29]。Nkrumah等研究显示，在胴体级别和瘦肉率上携带T等位基因的个体低于携带C等位基因的个体，但在大理石纹等级上没有差异[30]。Nkrumah等对UASMS2位点进行研究，结果显示：TT基因型个体背膘厚、大理石花纹评分分别增加31%～39%、9%～13%，TT基因型个体饲料摄入量、生长率、代谢体重和屠宰体重也都有增加。此外，UASMS1、UASMS2、UASMS3可能与肌肉脂肪含量有关[31]。Chung E.R等研究结果发现了25个SNPs，其中g.2 418 C>G和g.2 423 G>A与韩国牛的背膘厚显著相关；在2418位点，CG基因型比GG基因型有更高的背膘厚；在2423位点，GA基因型比GG、AA基因型有更高的背膘厚[32]。P.M. Corva等对放牧公牛Leptin基因的启动子区域（SNP1）与非同义单核苷酸多态性（SNP2）研究显示SNP1与眼肌面积并SNP2与屠宰率与背膘厚显著相关[33]。Buchanan等研究报道，在内含子2上，Buchanan等研究报道Leptin基因发现C73T的突变不仅与肉牛脂肪沉积相关，在加拿大荷斯坦奶牛产奶量和乳脂量也有显著影响[34]。D.B.S. Silva等对Leptin基因进行多态性检测并进行在内洛尔牛的生长与胴体性状的相关性研究。这单核苷酸多态性（SNPs）-1457（AJ571671：G-1457A>G）和A59V（AF536174.1：例321C>T）及微卫星BM1500（3.9KB下游）进行基因分型并发现启动子区SNP-1457没有相关性，SNP A59V臀部脂肪厚度及肉色具有相关性，BM1500跟臀部脂肪厚度（宰前）、皮下脂肪厚度、体重、胴体长具有相关[35]；还有H.Kulig等研究Leptin 基因A59V突变可显著影响利木赞牛第 210天体重和3～210 d日增重[36]。kononoff等对杂交母牛和杂交肉牛的经济性状进行分析，结果表明Leptin基因C73T的转换与成熟牛胴体脂肪沉积增多有关。TT基因型个体质量等级高于CT和CC基因型个体分别7.6%和7.1%；但胴体级别分别比CT、CC的少12.5%、15.1%，CC基因型个体平均屠宰体重要大于TT型个体（365.5 vs 362.3 kg），但TT和CT个体间屠宰体重没有显著差异[37]。以上研究结果显示不同牛品种Leptin基因与肉品质具有不一样的相关性，可以说Leptin基因可以作为肉品质性状的候选基因。

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