VRTN基因型对猪生长和繁殖性能的影响

卢世豪，崔浩，闫耀晖，孙晓梅，李清春，陈鑫，祁梦凡，何凡，黎明国，黄涛*

（1 石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832003；2 新疆天康畜牧有限公司，新疆 昌吉 831100）

特定物种椎骨的数量和形态通常是保守的，但在一些畜禽（猪、羊、骆驼、鸡、牛等）中存在着椎骨数量的变异[1-3]。脊椎数作为一类重要的经济性状，具有高遗传力的特征（0.60-0.74）[4]。猪只的体长和体重会随着肋骨数的增加而增加，使得单位产肉率明显提高，所以受到生产者的格外注重。许多领先的养猪公司开始专门培育和生产具有多肋性状的商品猪。在哈萨克羊和阿勒泰羊中，多椎骨的个体在达八月龄时较肋骨数正常的个体胴体重平均增加了1.7 kg[5]；胸腰椎数目超过19个的八月龄哈萨克羊相对胸腰椎数少于19个的个体平均胴体重会增加1.9 kg、平均胴体长度会增加2.93 cm[6]；每增加一根肋骨数，可使猪体长增加80 mm[7]。这些研究证实了多肋骨数个体在增加产值方面优于普通个体。

Mikawa等[8]精细定位到猪7号染色体椎骨数相关QTL上椎骨发育相关的VRTN基因，Fan[9]等通过全基因组关联分析及精细定位等方法，鉴定出VRTN基因中一个291 bp的插入突变为猪脊椎数变异的因果突变。Nakano[10]等人的研究证明，将VRTN基因作为培育和生产多脊椎数的猪选择标记，且不会对猪的生产性状和胴体重量产生不利影响。闫德超[11]对美系大白猪和法系大白猪种群中VRTN的3种不同基因型的生长性状和繁殖性状进行对比分析表明，VRTN基因的多态性可能影响到乳头数、生长速度和胴体长度等生长繁殖性状。孙晓梅[12]通过对天康畜牧有限公司商品猪和8个不同品系的种公猪的研究，验证了VRTN基因ins291（ins/ins）为肋骨数有利基因型，但其对生长和繁殖性状的影响还不清楚。

本研究以天康畜牧有限公司加系杜洛克、加系大白、加系长白及美系杜洛克母猪作为研究对象，通过检测VRTN基因多态性，验证VRTN基因不同基因型在天康种母猪群中不同品种猪的多脊椎基因频率及其对生长和繁殖性能的影响。以期为多肋基因的品系及品种选育提供理论依据，为猪的产肉性能以及养殖效益提升提供参考方案。

1 材料与方法

1.1 样品采集

本试验选用同一批次生长繁殖记录完整的纯种经产母猪576头，其中加系长白猪173头、加系大白猪234头、加系杜洛克猪124头、美系杜洛克猪45头，均来源于新疆天康某种猪场。采取试验猪的耳组织样本，用75 %酒精冲洗干净后放入EP管中，保存于-20 ℃的条件下，作为后续样本组织的DNA提取。

1.2 数据获取

记录猪只第3胎的校正100 kg背膘厚、校正100 kg体重日龄、出生窝重、断奶窝重、校正100 kg眼肌面积、总仔数、活仔数、总乳头数。各指标的EBV，由猪场基于各性状的表型及系谱信息，建立最佳线性无偏预测（BLUP）进行评估。利用校正100 kg眼肌面积EBV、达100 kg体重日龄EBV和校正背膘厚EBV等指标通过一定的公式算法得出父系指数，利用总产仔数EBV、活仔数EBV、校正100 kg眼肌面积EBV等指标计算出母系指数。

1.3 主要试验仪器和试剂

1.3.1 主要仪器

Nanodrop2000超微分光光度计、PCR仪、凝胶电泳成像系统、微波炉、台式高速离心机、DYY-4稳流稳压电泳仪。

1.3.2 主要试剂

2×Taq MasterMix（含染料）、TaKaRa DL500 DNA Marker、50×TAE缓冲液、去离子水、Goldview核酸染料、组织/血液/细胞基因组DNA提取试剂盒（购自TIANGEN公司）。

1.4 方法

1.4.1 引物设计

根据Yang等[13]发现的猪VRTN基因g.20311_20312 ins291位点设计引物，由上海生工生物工程技术服务有限公司合成，VRTN基因引物序列如表1所示。

表1 VRTN基因引物序列

1.4.2 DNA提取

按照组织/血液/细胞基因组DNA提取试剂盒（购自TIANGEN公司）说明书操作。

1.4.3 PCR扩增

以提取的猪基因组DNA为模板进行PCR扩增。PCR反应体系为15 μL体系：2×Taq MasterMix（7.5 μL）；ddH2O（6.2 μL）；上、下游引物（10 μmol·L-1，0.4 μL）；DNA（0.5 μL）。PCR扩增条件：94 ℃预变性5 min；94 ℃变性30 s，60 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，共35个循环；72 ℃延伸10 min。扩增产物用于之后的多态性检测。

1.4.4 多态性检测

VRTN基因由片段插入造成多态性，用1.5 %的琼脂糖凝胶对PCR扩增后产物进行电泳检测，拍照记录凝胶电泳成像分析图。

1.4.5 数据整理及统计分析

对基因频率和基因型频率进行初步的整理。根据下列公式[14]计算出有效等位基因数（Ne）、群体杂合度（He）、多态信息含量（PIC）及χ2值，并进行Hardy-Weinberg平衡检验，运用IBM SPSS Statistics 26.0 软件的一般线性模型（General Linear Model）分析总产仔数、产活仔数、健仔数等性状在不同基因型之间的差异。基因效应与各性状相关分析模型如公式（6）。

遗传纯合度（Ho）：

（1）

遗传杂合度（He）：

（2）

有效等位基因数（Ne）：

（3）

多态信息含量（PIC）：

（4）

其中：Pi为第i个等位基因频率，n为等位基因数。

χ2值：

χ2=（Oi-Ei）2/Ei。

（5）

其中：Oi为理论次数，Ei为实际观测次数。

基因型效应与各性状相关分析模型：

Yij=u+Markeri+eij。

（6）

其中：Yij为群体中各性状的表型值，u为各性状表型的平均值，Markeri为候选基因的基因型固定效应，eij为随机误差。

2 结果与分析

2.1 PCR扩增结果

VRTN基因的多态性由一段291bp的片段插入造成，PCR产物经琼脂糖电泳检测即可见其多态性，结果如图1显示。将PCR产物为411 bp的个体判定为QQ型，PCR产物只有120 bp的个体判定为qq型，PCR产物存在411 bp和120 bp的个体判定为Qq型。

泳道7、8为QQ型；泳道1、3、4、6为Qq型；泳道2、5、9为qq型；M为TaKaRa DL500 DNA Marker。图1 VRTN基因PCR产物检验

2.2 基因型频率、基因频率以及遗传特性分析

根据基因型检出个数，计算基因型频率和基因频率，如表2所示。

加系长白和大白种母猪的优势基因型为qq，在杜洛克种猪中，优势基因型为Qq。PIC在0.25到0.5之间属于中度多态（表2）。卡方值显示，四个群体均符合Hardy-Weinberg平衡。

表2 VRTN基因型频率及等位基因频率分布

2.3 VRTN基因型对生长性状的影响

将加系长白、加系大白、加系杜洛克及美系杜洛克母猪中VRTN基因各基因型的检出个数和对应的多项生长数据资料关联分析，探究VRTN基因与试验猪群校正100 kg体重日龄、校正100 kg眼肌面积、校正21日龄窝重EBV、校正100 kg背膘厚EBV、校正100 kg体重日龄EBV的关系。关联分析结果如表3所示。

在加系长白猪群体中，校正100 kg背膘厚在Qq和qq基因型间存在显著差异（P<0.05），qq基因型的背膘厚显著大于Qq基因型（P<0.05）；校正100 kg背膘厚EBV，qq基因型极显著高于Qq基因型（P<0.01），qq基因型显著高于QQ基因型（P<0.05），QQ显著高于Qq（P<0.05）；加系大白猪的生长性状在VRTN基因三种基因型间无显著差异（P>0.05）；加系杜洛克猪校正100 kg体重日龄EBV，QQ和Qq基因型极显著高于qq基因型（P<0.01）；美系杜洛克猪校正100 kg体重日龄EBV在Qq和qq之间存在显著差异（P<0.05），qq显著大于Qq（P<0.05）。

表3 VRTN基因对生长性状的影响

2.4 VRTN基因型对繁殖性状的影响

据试验猪群中VRTN基因各基因型检出个数和对应的多项繁殖数据资料，分析VRTN基因与试验猪群的繁殖指数、父系指数、母系指数、总仔数EBV、活仔数EBV、总乳头数、活仔数、总仔数、出生窝重、断奶窝重的关系。结果如表4、表5所示。

加系长白、大白猪的繁殖性状在VRTN基因3种基因型间差异不显著（P>0.05）；加系杜洛克猪父系指数，qq基因型显著高于Qq基因型，Qq基因型显著高于QQ基因型（P<0.05），qq基因型极显著高于QQ（P<0.01）；美系杜洛克猪Qq基因型父系指数极显著高于qq（P<0.01）。

表4 VRTN基因对繁殖性状的影响

表5 VRTN基因对产仔的影响

加系长白、加系大白和加系杜洛克母猪出生活仔数、总仔数、出生窝重及断奶窝重在VRTN基因3种基因型间差异不显著（P>0.05）。

以上结果表明：VRTN基因的多态性显著影响了加系长白猪校正100 kg背膘厚和美系杜洛克猪校正100 kg体重日龄EBV，极显著影响了加系长白猪校正100 kg背膘厚EBV，加系杜洛克猪父系指数、校正100 kg体重日龄EBV，美系杜洛克猪父系指数，没有显著影响其它性状。

3 讨论

猪第7号染色体上的数量性状基因座对胸椎数目有重要影响。VRTN基因作为该基因座上影响猪多椎骨性状的候选基因。已有大量的研究证实VRTN基因的不同基因型能够引起猪只肋骨数目的变化，而肋骨数目的变化会引起体长等相关性状的改变，这可能对生长和繁殖性能造成影响，但关于VRTN基因型对猪生长和繁殖性状的研究结果不尽相同。

本研究发现，在加系长白和大白猪群体中，优势基因型为qq，优势基因型频率分别为为0.451，0.525，q基因频率>Q基因频率。而在加系和美系杜洛克种猪中，优势基因型均为Qq，优势基因型频率分别为0.460、0.467，Q基因频率>q基因频率。四种猪群均符合Hardy-Weinberg平衡，属于中度多态。

本研究使用估计育种值（EBV）进行分析，EBV是种用个体某一性状上能稳定遗传给下一代的基因的加性效应，反映个体的遗传优势，常用来确定猪的种用价值，该方法通过对表型值和个体间的亲缘关系进行估计，因此使用EBV进行分析会具有一定的优势。此外，采用EBV进行分析，能在一定程度上过滤环境、疾病等因素导致的异常数据。

3.1 VRTN基因多态性与生长性状的关系

以往的研究中，Yang[13]，Tang[15]发现VRTN基因型与二花脸猪、杜洛克猪和长白猪等不同群体的生长和肥胖性状无相关性。本研究对长白猪VRTN基因多态性与生长性状关联分析的结果表明，含插入的VRTN基因型个体相对于不含插入的个体具有较低的校正100 kg背膘厚和校正100 kg背膘厚EBV，其中含有一个片段插入的VRTN基因会显著降低校正100 kg背膘厚，极显著降低校正100 kg背膘厚EBV，这说明含插入片段的个体具有更高的瘦肉率和更好的胴体质量，这与Hirose[16]的研究发现一致。对加系杜洛克猪的分析表明，含插入片段的个体具有更高的校正100 kg体重日龄EBV，说明插入片段会影响到个体的生长速度。闫德超[11]等人在美系大白与法系大白猪群中也得到了相似结论。校正100 kg眼肌面积在三种基因型间无显著差异，说明采用该位点突变进行育种不会对商品猪的胴体品质造成不利影响，Nakano[10]也在之前的研究中得出了相似的结论。而Huang[17]、陈伟[18]发现VRTN基因插入的个体对胴体重有显著的负向影响。

3.2 VRTN基因多态性与繁殖性状的关系

母猪的繁殖性状由产仔数、泌乳力、出生窝重和断奶窝重等指标反映。母猪的泌乳能力通常用校正21日龄窝重、断奶窝重和乳头数来衡量。乳头数不仅会影响总产仔数，还会影响到仔猪的均匀性，而且母猪的最后一对乳头易受后躯污染。在生产中，该对乳头易引起仔猪腹泻，选择乳头数多的母猪也有益于仔猪的护理。活仔数少除环境因素外，也可能因为母猪繁殖能力较差。以往的研究中，Yang[13]，Tang[15]发现VRTN基因型对猪的乳头数量有显著影响，本研究未在四个试验猪群中发现VRTN基因型对乳头数的显著影响，莫家远[19]等的研究发现在巴马香猪中VRTN不同基因型左乳头数、右乳头数和总乳头数差异不显著，这与本研究的结果一致。在实际生产留选后备猪时，通常用父系指数、母系指数和繁殖指数选择，杜洛克猪常被用来做父本，首先考虑父系指数，父系指数是利用达100 kg体重日龄和校正背膘厚等生长性状通过一定的公式算法得出，在育种中常用来作为选留种公猪所参考的指标；而大白和长白猪通常用母系指数进行选择，母系指数包括100 kg体重日龄、总产仔数和校正21日龄窝重等指标；对整个群体进行整体分析时繁殖指数会更加全面。本研究中，杜洛克猪qq基因型同QQ基因型相比具有更高的父系指数。

本研究分析VRTN基因对加系大白、加系长白、加系杜洛克猪、美系杜洛克生长和繁殖性能的相关性，发现VRTN基因的多样性会影响到杜洛克猪的生长速度但不会对胴体品质产生负面影响，为选育出多肋骨的商品猪提供了参考依据。