分子育种技术在肉牛育种中的应用研究进展

丁丽艳 殷元虎 韩永胜 宋斌 丁得利 李同豹 孙芳

摘要：随着分子遗传学和现代生物技术的快速发展，分子数量遗传学也得到了相应发展，这为分子育种技术的发展和进一步应用提供了基础与保障。与传统的育种方法相比，动物分子育种是直接在分子水平上对性状的基因进行选择，因此选种和育种的准确性都非常更高。现综述分子育种技术在肉牛育种中应用进展，为肉牛分子育种技术的应用提供参考。

关键词：肉牛;分子育种;墓因诊断;应用

中图分类号：S823.5 文獻标识码：B 文章编号：2095-9737（2018）10-0021 -2

自20世纪80年代以来，随着信息技术和分子生物技术的迅猛发展，动物分子育种技术的研究取得了一系列突破性的进展，动物的育种技术已逐渐从宏观的群体水平进入微观的分子水平，随着动物分子育种理论基础不断完善，应用技术不断成熟，各种现代生物技术的综合应用，肉牛分子育种工作取得了突飞猛进的发展。

1 分子育种技术在肉牛品种间亲缘关系的诊断

应用分子诊断技术能够检测各品种牛间的亲缘关系的远近。Mannen et al应用线粒体分析亚洲各国牛mtDNA控制区的序列变异频率以了解牛的起源，结果发现1/5蒙古牛携带瘤牛单倍体，而日本牛和韩国牛携带普通牛的单倍体。Kierstein et al应用线粒体分析不同来源水牛品种mtDNA D-loop序列，发现128个多态位点和36个mtDNA单倍体，分析表明沼泽型水牛和河流型水牛训化地点都可能是亚洲次大陆。Tu et al用分子诊断技术分析了牦牛mtD-NA多态性，发现牦牛与普通牛多态性区别明显，依此估测到牦牛和普通牛祖先分化时间大约相差十万年。

Amano et al用分子诊断技术分析了沼泽水牛与湖泊水牛及水牛与家牛之间的遗传关系，发现不同生存环境下的水牛遗传关系较近，而水牛与家牛之间的亲缘关系较远。孟彦采用SSCP方法对11个中国地方黄牛个体线粒体DNAD-loop序列和12S rRNA基因的多态性研究，结果表明日本黑牛、安格斯牛和海福特牛亲缘关系较近，而西门塔尔牛、蒙古牛、延边牛亲缘关系较近。

2 分子育种技术在肉牛生长发育相关性状基因中的分子诊断

肉牛的生长发育候选基因的研究涉及肉牛的体重、体高、体长、十字部高、腰角宽和日增重等，主要包含ACAN、POUIF1、LPL、GH、IGF、DGAT2等基因。

ACAN是核心蛋白聚糖的一种，是牛矮小症状的主要候选基因。Cavanagh et al发现携带ACAN基因的牛在生长过程中表现侏儒症。POUIF1基因在牛胚胎分化和生长发育过程中具有重要的作用，通过促进GH、PRL和TSHβ及自身基因的转录，来实现对牛生长发育等性状的调控，促进相关基因细胞系的生长和发育。刘波等通过试验发现POUIF1-E6H基因座与秦川牛的体重、体尺等生长性状之间存在相关性，胸围、十字部高指标相比，AB和BB基因型个体显著高于AA型个体，且相关基因与育肥性状关系较大。LPL是一种脂肪分解酶，在脂蛋白中的载脂蛋白C2的辅助和催化下，LPL在脂类代谢和运输中发挥着重要作用。邱国宇利用秦川牛和南阳牛为研究对象，研究LPL基因多态性与牛生长发育性状的关系，结果表明秦川牛杂合子（AB）型基因，在体重、体高、十字部高、体斜长、胸围和尻长指标上显著高于纯合子（AA和BB），而南阳牛杂合子（AB）个体在初生重指标上显著高于纯合子（AA、BB）个体。

GH是由脑垂体前叶细胞分泌的一种单一肽链的生长激素，它能调节牛的所有组织和细胞的生理功能，控制着牛的生长激素分泌水平和生长发育。Sneyers研究发现在7月龄和13月龄比利时牛自花公牛群体中，基因型AA个体体重高于AB型，且GH的多态性与肉牛的瘦肉率也有一定的相关性。高雪等对GH基因研究表明GH-P3即第5外显子2141bp处和3'的GH-P4位点显著影响牛的体重、体高、体斜长、胸围和肉用指数。IGF是一种生长激素依赖性多肽，它可以促进蛋白同化和有丝分裂作用，调节细胞增生及分化IGF有IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ两种类型。IGF-Ⅱ调节胚胎时期的发育，IGF-Ⅰ则调节出生后的个体生长和发育。DGAT2是合成甘油三酸脂过程中的关键酶，在脂肪代谢、脂类在组织中的沉积、肠道脂肪的吸收中发挥重要作用。张争锋等研究南阳牛DGAT2基因第6内含子多态性与体重、体尺性状的关系，结果表明2岁体重、6月龄体高、6月龄到2岁的胸围和体斜长相比，AA基因型南阳牛个体显著地高于杂合基因型AB。

3 分子育种技术在肉牛桐体和肉质相关性状基因中的分子诊断

随着生活水平的提高，人们对肉质的要求越来越高，因此对肉质性状基因的研究成为肉牛育种工作中的一个重点。主要衡量指标有胭体重、大理石花纹等级、眼肌面积、背膘厚度、瘦肉率、嫩度、肌肉pH值、肌肉剪切力等，主要相关基因

MSTN基因突变可使牛出现双肌性状，在同一饲养条件下，双肌牛产肉性能是普通牛的1.3倍，且骨骼较细，肌肉发达、瘦肉率高、肉质细嫩。McPherron et al在对比利时蓝白花双肌牛研究中发现，MSTN基因的11个核苷酸缺失导使MSTN基因所翻译出的蛋白质改变，失去了抑制肌肉生长的功能，表现出肌肉增大现象。而钙激活蛋白酶（cal-pains）是痕橡基的蛋白酶，主要位于肌纤维附近和肌质网膜上，在动物屠宰后的肉成熟过程中起着着色的作用，同工酶μ-calpaind能够分解肌肉细胞中的蛋白质，从而起到嫩化肌肉的作用。FABPS即脂肪酸结合蛋白，在脂肪酸生成过程中参与细胞内脂肪酸的运输，加强脂肪酸的转运扩散，参与细胞内脂肪酸的摄取，促进细胞膜吸附脂肪酸，调整细胞内脂肪酸的浓度。

MyoD1基因参与动物体多种分化细胞转化为肌细胞的生产过程，是骨骼生长和再生过程的一个转化因子，影响着肌肉组织结构的表达。黄萌等以秦川牛、鲁西牛和西门塔尔牛为研究对象，利用PCR-RFLP法分析MyoD1基因多态性与相应牛个体的胭体性状关联性，结果表明MyoD1基因C1867T位点对肉牛的背膘厚、大腿肉厚度的影响差异极显著。PRKAG3是蛋白激酶（AMPK）的r3亚基构成的三聚体，具有肌肉特异表达的特性，通过对七个品种牛的PRK-AG3基因多态性研究发现第4内含子存在两处突变，且不同基因型对应的嫩度性状差异显著，同时也影响牛肉的pH值和色泽。

4 分子育种技术在肉牛繁殖相关性状基因中的分子诊断

繁殖性状是牛育种中一个重要的性状，繁殖性能的高低直接影响养殖业的经济效益。繁殖性状涉及牛的双胎性能，一般自然状态下，牛为单胎动物，双胎率只有0.15%左右。牛的繁殖性状候选基因主要包括FSHR、LH、GDF9、RXRG、GnRH等。

FSHR为促卵泡素受体基因，是G蛋白耦合受体。雷雪芹等以秦川牛单、双胎母牛为对象研究FSHR基因的多态性，结果双胎母牛的双胎牛和单胎牛之间FSHR基因的第10个外显子的突变率差异显著。魏伍川等也研究表明FSHR基因与牛的繁殖性状存在连锁相关。LH是促黄体素基因，与促卵泡素FSH协同促进卵泡生长成熟，参与内膜细胞合成雌激素，诱发动物排卵，促进黄体生成，LH由α和β两个亚基因构成。刘继丰等发现LHβ不同基因型西门塔尔牛和夏洛牛的冻精畸形率和射精量显著不同，这表明LHR基因是影响精液品质的一个主效基因。GDF9即生长分化因子9基因，是卵母细胞分泌的生长因子，调节卵巢卵泡的生长和分化，对动物繁殖起着重要作用。张路培等E227以鲁西黄牛为研究对象，发现在GDF9的3' UTR缺失突变，且双胎牛的B等位基因频率显著高于单胎牛。RXRG即视黄酸X受体γ基基因，参与上皮细胞生长、细胞分化、胎儿发育等作用。RXRG基因定位于牛的3号染色体上，在肌肉中完全表达。黄萌等研究发现不同基因型鲁西单、双胎牛RXRG基因位于3' UTR多态位点差异极显著，这表明RXRG基因与鲁西牛双胎性状具有密切相关性。GnRH即促性腺激素释放激素，与特异性受体（GnRHR）结合后，通过调节LH和FSH的水平来刺激性激素的产生、卵泡和精子的发育，从而调控卵巢和攀丸的功能，因此在繁殖中起到重要作用，外源

5 分子育种技术在肉牛毛色性状相关基因中的分子诊断

牛的毛色是品种的重要特征，可以根据毛色来判断个体的纯系程度，且毛色与牛乳、肉的生产性能也有一定的关系。牛的皮肤和毛的色素是由“黑色素”物质构成的，黑色素的合成是调控系统作用的结果。目前与黑色素细胞发育相关的基因主要包括MC1R、Agouti等基因。

MCIR是黑素皮质素受体1基因，是调节真黑色素形成的关键受体。MCIR有α-MSH和ACTH两种配体，α-MSH能够促进黑色素细胞进行有丝分裂，促进黑素源的形成，通过黑素体的扩散，使动物皮肤变黑。α-MSH与ACTH结合，可引起cAMP水平的提高，激发酷氨酸酶的增加，从而导致真黑素的形成。Maudet et al对不同毛色的4个品种牛进行了基因分析，结果发现MCIR基因呈多态性，并测出四个基因型，ED、E+、E1、e。Shinji等用分子诊断技术分析了日本黑牛、褐色牛和朝鲜牛的MCIR基因型的频率，结果发现褐色牛远小于朝鲜牛的e基因型频率，但两种牛的毛色却很相似，推断牛的毛色还由其他基因决定。进一步研究表明Agouti基因的表达与否会引起伪黑素的产生和真黑素的转换表达Agouti对牛的脂肪组织具有调控作用。Michael应用分子诊断技术对8个品种牛中提取的毛Agouti的mRNA，发现有3种mRNA有5'端的非翻译区发现突变。

6 分子育种技术在肉牛抗病性相關基因中的诊断

在牛育种中，抗病性基因的诊断也是育种的重点，牛的抗病性相关基因主要是MHC-DRB基因，它是牛主要组织相容性复合物（MHC）基因家族中的Ⅱ类基因，是主要的功能基因，经研究MHC-DRB基因编码的MHC抗原与免疫应答和牛的抗病有着密切的关系。王兴平等利用PCR-RFLP技术在鲁西牛、秦川牛、晋南牛和南阳牛群体中发现DRB3.2基因第2外显子的第154位C突变为A。包鹏甲等采用分子诊断技术对三个品种的牦牛个体的BoLA-DRB3基因进行分析，结果三个品种的个体间DRB3基因具有高度多态性，这表明BOLA-DRB3多态性在牦牛抗病育种方面具有独特作用。

7 结语

虽然分子育种技术在牛的品种间亲缘关系的诊断，生长发育、月同体和肉质、繁殖、毛色及抗病性状相关基因的诊断方面取得了一定的进展，但是分子育种技术的研究还不够完善，许多功能基因的研究只限于局部的某一片段，还缺少该功能基因的全部基因序列的研究，且不能作为独立的育种技术进行应用。但是随着分子生物技术的不断提高，研究的不断深入，分子育种技术基础将会越来越完善，应用条件将日臻成熟，分子育种技术会在肉牛育种中广泛应用，在育种中发挥重要作用。