MSTN基因研究进展及其在家兔育种应用前景

陈冬金 桑雷 孙世坤 陈岩锋 王锦祥 谢喜平 张丹青

(福建省农业科学院畜牧兽医研究所 350013)

福建地方家兔据1985年出版的 《福建省家畜家禽品种志和图谱》调查，有黄色毛、黑色毛、白色毛和灰毛兔4个种群[1]。福建黄兔和闽西南黑兔已列入国家畜禽遗传资源目录[2,3]。福建白兔系福建兔的白毛系，于2014年通过国家畜禽资源专家委员会认定，属小型肉用地方兔资源，全身被毛白色，头部清秀，两耳直立，繁殖性能良好、耐粗饲、抗病力强、肉质优异等优点，市场价位高，是一个独具特色，颇有开发前景的地方种质资源。但福建白兔存在一个显著的缺点：生长速度慢，胴体瘦肉率低，体重轻，影响养殖效益，制约其产业化发展。

MSTN是一种负向调节骨骼肌的分泌型蛋白，属于TGF-β超家族的成员之一。动物胚胎发育过程中，在骨骼肌发育和生肌节处通过细胞表达MSTN，其决定肌肉纤维的最终数量。MSTN基因的突变会导致动物肌肉的异常发达，表现为 “双肌”表型，这在牛[4]、人[5]及鼠[6]上都得到实验证明。

1 MSTN基因

1.1 MSTN基因的结构特征

MSTN基因编码的MSTN蛋白序列包含TGF-β超家族的所有标志性特点，该蛋白包括一个分泌信号序列、蛋白水解处理位点、含有9个半胱氨酸残基的保守型羧基末端区[6]。在动物体内，MSTN以潜在复合体的形式进行分泌，其分泌形式与其他TGF-β家族成员比较相似，但与BMP/GDF超家族成员的分泌方式有所不同[7-9]，MSTN活化需要对前体蛋白进行两次蛋白质水解切割。第一步切割通过成对碱性氨基酸蛋白酶家族酶类切除24个氨基酸的信号肽[10]；第二步切割是发生在RSRR(Arg-Ser-Arg-Arg)位点的第240-243氨基酸处，通过BMP1/Tolloid金属蛋白酶从第一个氨基酸开始到信号序列的切割，剩下37640Da的N-末端区域和12400Da的C-末端区域，即成熟肽[11]。

1.2 MSTN基因的生物学功能

比利时蓝牛和皮埃蒙特牛的双肌现象就是MSTN突变而造成的[12]，这是MSTN作用的经典示例。利用基因敲除技术产生的MSTN突变纯合体小鼠可以存活并繁殖后代，且小鼠体重比杂合体或者野生型小鼠重约30%（与性别、年龄均不相关），小鼠肌肉明显肥大，单块肌肉重量是野生小鼠的2～3倍，但脂肪重量没有太大变化，骨骼肌纤维数目比野生型小鼠多，肌肉肥大的原因在于肌细胞增生和肌纤维的肥大。Mark等[13]将C2C12细胞与MSTN共培养，细胞分裂随着MSTN的增加而降低。Rios等进一步证实MSTN的表达，MSTN会下调MyoD成肌素的mRNA水平以及肌酸激酶的活性，抑制生肌过程[14]。从以上结论可以得出，MSTN基因是肌肉生长的负调节因子，如果MSTN缺失或突变会导致肌肉过度生长，即双肌现象。

此外，Alexandra等还证明了MSTN的另一作用，即MSTN缺失对脂肪沉积起抑制作用[15]。Lin等发现，MSTN缺失后异常的糖代谢受到部分抑制[16]。Reardon等实验证明，MSTN是次级肌纤维的肌萎缩因子[17]。Krik等实验证明，MSTN对肌肉再生起负调控作用[18]。MSTN基因在感染HIV而导致肌肉萎缩的病人中的表达高于正常人[19]，这提示我们某些肌萎缩性疾病可能与MSTN基因的表达量过高有关。

1.3 MSTN基因的应用前景

MSTN作为肌肉生长发育的负调控因子，受到遗传学家、育种学家及医学家的重视，因为MSTN活性的抑制可以促进肌肉生长发育，促进成肌细胞的增殖与分化，使肌肉量显著增加，所以随着对MSTN作用机制及其调控机制的深入了解，MSTN基因在农业、畜牧业及医药领域将具有广阔的应用前景。

2 MSTN基因在家兔育种上的应用前景

家兔是节粮型草食动物，对我国畜牧业产业结构的调整起着重要作用，在家兔生产中，随着标记辅助选育的应用，对家兔品种的培育产生了积极影响。家兔品种优劣直接影响养殖效率和效益，良种问题已成为家兔产业持续健康快速发展的重要因素。

同时，由于兔是研究人类疾病的动物模型，因此，采用基因打靶的方法生产MSTN基因缺失兔，不但有助于在畜牧业生产上改良育种，提高胴体瘦肉率，也可以作为实验动物模型进行肌肉萎缩等相关疾病的研究。