氧化型低密度脂蛋白受体1(OLR1)基因在家畜经济性状中的研究进展

李 托，李陇平

(1.榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719100；2.榆林学院 陕西省陕北绒山羊工程技术研究中心，陕西 榆林 719100)

随着人们饮食结构的改变，消费者对肉品质、乳品质的要求不断提高，促使优良畜禽品种的选育和研究。目前，分子生物学技术尤其是转基因技术及基因编辑技术应用日趋成熟，能够克服传统畜禽育种成本高、周期长、成功率低等各方面不足和缺陷。因此，深入研究肉品质、乳品质等畜禽重要数量性状相关的基因功能，可以加快畜禽品种改良进程。氧化型低密度脂蛋白受体1(oxidized low-density lipoprotein receptor 1，OLR1)具有氧化、结合低密度脂蛋白的作用。大量研究数据表明OLR1基因与人的动脉硬化、心肌梗死、脑梗塞等心血管系统疾病的形成有密切联系[1-4]，受到人们的广泛关注，但早期的研究更多的集中在人的疾病方面，在家畜方面的报道较少。随着科学研究的不断深入，加之哺乳动物尤其是生猪在生理机能方面和人体具有相似性，许多研究者转变研究方向，在动物上开辟了新途径。近年来，关于OLR1基因在动物方面的研究报道越来越多。因此，作者就近年来OLR1基因在家畜育种方面的研究概括进行了综述，目的为今后深入研究OLR1基因功能和作用，进而加快畜禽品种改良进程提供理论支撑和科学依据。

1 OLR1基因概述

氧化型低密度脂蛋白受体是Sawamura T等[5]人1997年在牛主动脉内皮细胞中首次发现，之后Sawamura T等成功克隆了牛内皮细胞氧化型低密度脂蛋白1(OLR1)基因，同时发现OLR1基因在牛内皮细胞中的表达量要高于其他组织[5]。1998年，有学者相继成功克隆了大鼠、小鼠、兔子等物种的OLR1基因，并且发现这几个物种中OLR1编码的氨基酸序列相似，具有较高的同源性[6-7]。现在依据清楚，OLR1蛋白是C型植物凝集素家族中的一种Ⅱ型跨膜蛋白，存在一个短N-端胞浆亲水结构域和一个长C-端胞外亲水结构域[8]。研究表面，人类OLR1基因定位于12号染色体上，长约l5 kb，有5个内含子和6个外显子[9]。猪OLR1基因的ORF编码274个氨基酸，与人OLR1基因的ORF有79%的同源性；而牛的OLR1也与人具有同源性，其氨基酸序列相似性可达72%[10-11]。OLR1基因表达多分布在动物血管较丰富的组织中，一般在肝脏、骨髓、脊髓、肺等组织中表达量较高，而在心脏、脾脏等组织中的表达量较低[5,9,10]。研究表明，OLR1基因表达可能与脂蛋白代谢和细胞凋亡有关[12-13]，它在血管内皮细胞损伤和功能障碍以及动脉粥样硬化形成中起一定的作用[14]。还有研究表明，OLR1 3’UTR多态性与老年痴呆症的发生有关[15]。

2 OLR1基因与猪脂肪沉积

起初是刘春伟等[16]人在猪脂肪组织中扩增了OLR1基因全长，并利用生物信息学分析了蛋白质序列，发现猪OLR1基因编码区长度为825bp，与牛有84%的同源性。这一结果对进一步探究OLR1基因的序列特征、表达规律及作用机理提供了参考。郭咪咪等[17]分析了猪OLR1基因的表达谱，发现OLR1基因在猪的不同组织中均有表达，且在背部脂肪中的表达量远高于腹部脂肪，这就提示我们OLR1基因对于猪背膘的脂肪沉积其重要作用。与此同时，郭咪咪等[18]又以大白、长白、梅山及大白×梅山猪的F2代为研究对象，通过克隆测序，检测到OLR1基因第5内含子的C52T突变，利用PCR-RFLP方法分析了该位点多态性与部分肉质性状的关联性，结果发现，CC 基因型的瘦肉率、臀部膘厚、背最长肌大理石纹等肉质相关指标显著高于CT 基因型(P<0.05)，说明C等位基因对猪脂肪沉积发挥着重要的作用。另外，研究报道OLR1基因表达与肥胖症有关联[19-20]。并且，较肥胖的猪脂肪组织中OLR1基因的表达量明显要高于较瘦的动物[21]。这些研究表明，OLR1基因可以作为脂肪沉积的重要候选基因，后续可以深入研究OLR1基因功能及其具体调控脂肪沉积的机制，对于提高猪肉品质，从而增加养猪经济效益具有重要意义。另外，由于肥胖与脂质代谢有一定关系[22]，结合肥胖这个热点，研究猪脂肪细胞OLR1基因有一定的实际意义。

3 OLR1基因与牛奶品质

奶牛的泌乳性状通常受大量数量性状基因座(QTL)和环境因素的控制。研究潜在的QTL不仅能为奶牛泌乳性状的标记辅助选择提供科学基础，还对经济性状相关基因的生物学功能研究提供依据。Heyen等(1999)在奶牛群体中发现与产奶量和奶牛健康相关的QTL[23]，后来有多项研究表明在奶牛OLR1基因区存在几个相关的QTL[24-26]。通过对基因图谱的研究，发现OLR1基因在牛5号染色体上，有5个外显子编码270个氨基酸[27]。乳脂率和乳蛋白量是衡量牛奶品质优劣的两个重要指标，因此提高牛奶中的乳脂率和乳蛋白量非常重要。除了一贯的改善饲养管理环境、日粮中的蛋白水平和挤奶技术外，研究与乳脂率和乳蛋白量相关基因非常必要。鉴于前期研究表明OLR1与脂代谢有关，因此近年来在OLR1基因与乳脂率、乳脂含量等性状关联性方面的报道越来越多。Khatib等[27]对1433头北美荷斯坦奶牛OLR1进行了测序分析，3’UTR C>A 突变与奶牛乳脂含量和乳脂率存在显著性相关，且OLR1在AA基因型个体的表达量显著低于CC和AC型。紧接着在2007年，Khatib等[28]又做了补充研究，用同样的方法在773头瑞士褐牛上进行研究，发现OLR1 SNP与乳脂率有关。相继研究不同奶牛群体中OLR1基因多态性与乳脂性状相关性的研究报道不断增多，2009年，Schennink等[29]和Komisarek等[30]分别在法国、荷兰荷斯坦奶牛群体中研究了OLR1基因多态性，发现OLR1基因C>A突变都与牛奶乳脂成分存在相关性。Wang等[31]通过对色列荷斯坦奶牛群体OLR1基因研究，发现OLR1 3’UTR多态性与乳蛋白量和体细胞数有显著性相关。2013年，又有研究发现，在伊朗荷斯坦奶牛群体中，OLR1不同基因型对乳脂量有影响，CC基因型个体的乳脂含量最高[32]。结合以上在不同地区奶牛群体中的研究结果，表明OLR1基因可以作为影响乳脂率、乳蛋白量等乳品质性状的重要候选基因进行更深入研究。

4 OLR1基因与肉质性状

由于OLR1基因可作为影响乳品质相关性状的候选基因，那么OLR1基因对于肉牛生长和肉品质的形成是否存在相关性？这就激发了更多学者在肉牛方面进行了大量的研究。李托等[33]采用PCR-RFLP的方法分析了秦川牛OLR1基因型与背膘厚、眼肌面积等肉质性状相关指标的相关性，发现OLR1基因在g.10497位存在C>A突变，并且群体中存在AA、AC、CC三种基因型。在眼肌面积、眼肌深度这2个指标上，CC型个体明显大于AA型，而CC型与AC型个体之间不存在显著差异。Fonseca等[34]也用同样的方法，在当地牧场639头肉牛群体中研究了OLR1基因与初生重、断奶体重等生长性状及眼肌面积，背膘厚、大理石花纹等肉质性状之间的相关性，结果发现OLR1基因标记与大理石花纹指标之间存在显著性相关。近期，Gui等[35]也对秦川牛群体的OLR1基因多态性进行了研究，发现T10588C和C10647T位突变对背膘厚和脂肪沉积量有显著影响。这些研究都表明OLR1基因对牛肉肉质性状有一定影响，但研究基本都侧重在OLR1基因的DNA水平。为进一步验证OLR1基因与肉质性状有关，Wang 等[36]通过qPCR技术从mRNA水平检测了秦川牛肌肉组织中OLR1基因表达情况，发现AA型中的表达量极显著低于CC型的，该结果揭示OLR1基因的3’UTR多态性可能控制其mRNA的稳定性[36]。为进一步验证microRNA对OLR1基因的调控作用，另外，鉴于microRNA通过与靶基因3’UTR特异性结合，而参与基因表达的作用机制[37]，Wang等[36]使用双荧光素酶报告系统在HEK293细胞中验证了OLR1 3’UTR的C/A突变与miR-370的相互作用，结果显示C/A突变序列的报告载体基因活性显著高于野生型报告基因。提示可能是未突变的A位点产生miR-370的结合位点，进而促使其发生降解，致使OLR1基因表达量降低，这也就解释了前面CC型个体中OLR1表达量高的原因。在Wang 等的研究基础上，Li等(2017)设计试验，分别在牛脂肪细胞中转染miRNA类似剂和抑制剂，对miR-370进行过表达和干扰表达，24h 后利用qPCR检测OLR1基因表达量，结果显示，与对照组相比，在转染类似剂组中OLR1基因的表达量明显降低，而转染抑制剂组中的表达量高于其对照组[38]。研究结果证实了miR-370对OLR1基因表达呈负调控作用。

综上所述，OLR1可以作为影响肉牛肉质性状的候选基因，对于加快肉牛育种改良提供了一定理论依据。

5 OLR1基因在羊上的研究

目前，关于OLR1基因在畜禽上的大多数研究主要集中在猪和肉牛上。除了猪和牛，我国也有丰富的山羊和绵羊品种，对于农民增收、农村发展、农业增效发挥着重要作用。所以，对于山羊和绵羊品种的肉质提高也面临的较大的挑战，同时也是一个研究的方向。然而，关于OLR1基因对于山羊和绵羊肉品质的研究甚少。脂肪沉积水平是影响肉质性状的一个决定性因素。广陵大尾寒羊和小尾寒羊是当地畜牧业发展中重要的两个产业，且其脂肪沉积过程是完全不同的两种模式。为更好的理解脂肪沉积过程，Li等(2018)对广陵当地10月龄的大尾寒羊和小尾寒羊的肩周组织、皮下组织和尾部脂肪组织分别进行了RNA测序、转录组分析、实时定量等，发现OLR1基因在小尾寒羊的尾部脂肪组织中表达上调[39]，因此建议可以把OLR1基因作为脂肪沉积相关的候选基因，为今后研究绵羊脂肪沉积方面基因功能、改善肉质性状、建立高品质肉羊群体提供理论基础。

6 展望

由于OLR1基因参与诸多的生物过程，与人类心血管疾病有密切联系才受到人们关注，而OLR1基因在家畜生产性能等主要经济性状方面的研究还处于起步阶段。文章总结了近年来OLR1基因与奶品质、肉品质、脂肪沉积等的相关性研究，这些研究的结果提示OLR1基因可以作为影响家畜主要经济性状的候选基因；同时，从发表的研究结果来看，关于OLR1基因在禽类方面的研究鲜见报道，因此，建议有关学者也可以探索一下OLR1基因与鸡肉、鸡蛋等产品质量的关联性。另外，对于OLR1基因功能的研究，一方面结合长链非编码RNA(lncRNAs)[40]这个研究热点，进一步研究OLR1基因功能；另一方面可采用CRISPR/Cas9技术[41]，定点编辑修饰OLR1基因，构建高效精确的转基因动物体系，运用于畜禽育种工作中，提高畜禽生产新能。