犬繁殖性狀相關(guān)候選基因促卵泡素的研究進展

劉成武 劉 軍

犬繁殖性狀相關(guān)候選基因促卵泡素的研究進展

劉成武 劉 軍

促卵泡素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）是動物生殖相關(guān)的重要激素，是整個生殖周期中包括性腺發(fā)育、初情期性成熟以及配子生成必需的。產(chǎn)仔數(shù)是一個重要的繁殖性狀,產(chǎn)仔性狀是一個數(shù)量性狀,其遺傳力較低(僅0.11左右),并且需等到母犬產(chǎn)仔后才能度量,通過傳統(tǒng)的育種方法提高母犬產(chǎn)仔數(shù)收效甚微。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展,尋找多仔基因的遺傳標記和通過標記輔助選擇來提高繁殖性能成為育種工作的重要任務(wù)。1997年,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)現(xiàn)促卵泡基因(FSH)與產(chǎn)仔數(shù)的主控基因連鎖,隨后的研究結(jié)果表明FSH基因本身就是產(chǎn)仔數(shù)的主效基因。

一、FSH 基因的結(jié)構(gòu)

促卵泡素分子是一種糖蛋白激素，由兩個亞基（α亞基和β亞基）組成，由非共價鍵結(jié)合的α和β兩個亞單位組成的異質(zhì)二聚體，并且只有在二者結(jié)合情況下，才有激素活性。從這一點上來說，它同促黃體素、促甲狀腺素、人絨毛膜促性腺激素和孕馬血清促性腺激素相類似。對于同一種動物來說，α亞基的結(jié)構(gòu)在各種糖蛋白激素中幾乎是相同的，把不同激素的α亞基與不同激素的β亞基相互雜交，可以得到雜合重建分子。FSH 行使生物功能主要依賴于 β 亞基的特異作用（Pierce 等，1981；Kato 等，1988），所以也常把β亞單位叫做促性腺激素特異性亞單位。哺乳動物的 FSH β亞基長度均為111個氨基酸，而且氨基酸序列在幾種動物之間具有很強的保守性，例如在111個氨基酸中，人與馬 FSH β亞基只有 9個氨基酸的變化，同源性達到 92%，羊和牛之間有 8 個氨基酸的變化，豬與牛之間有 7 個氨基酸的變化，同源性為 94%，反應(yīng)出重要蛋白激素在進化上的保守性。FSH 分子是由非共價鍵結(jié)合的α和β兩個亞單位組成的異質(zhì)二聚體。FSH 的α和β亞單位上存在 N-連接的寡糖，即寡糖是與天冬酰胺的酰胺氮共價結(jié)合的。還有一種不與β亞單位結(jié)合的游離α亞單位，在其 43 位蘇氨酸上有一個 O-連接的寡糖，即寡糖與蘇氨酸的羥基氧共價結(jié)合，這種寡糖不存在于α，β二聚體的α亞單位。另外，有的寡糖是硫基化的，有的則是唾液酸化的。同一種動物各種糖蛋白激素（如 FSH、LH、TSH、PMSG、hCG 等）的α亞單位的氨基酸順序均相同。不同動物的促性腺激素α亞單位氨基酸順序也有很大同源性。各畜種α亞單位中均有 10 個半胱氨酸殘基，其位置是高度穩(wěn)定的，因而不同畜種α亞單位的二硫鍵也是相同的。β亞單位決定激素的生物學(xué)特異性，但只有與α亞單位結(jié)合才有生物學(xué)活性。β亞單位包含12 個半胱氨酸殘基，形成 6 個分子內(nèi)二硫鍵，這在不同動物種間是高度穩(wěn)定的。但不同動物的同種激素或同種動物不同激素，β亞單位的 N-端長短不一。因而，F(xiàn)SH的種屬差異較大。

二、FSH基因的受體FSHR

FSHR 屬于 G 蛋白偶聯(lián)受體家族，是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的跨膜蛋白，特征是有7個疏水的螺旋插入到質(zhì)膜內(nèi)，胞內(nèi)和胞外的長度依賴配基的類型發(fā)生改變。FSHR 的胞內(nèi)部分偶聯(lián)到 Gs 蛋白上，當激素 FSH 與受體胞外域相互作用后就啟動了級聯(lián)反應(yīng)，直接引發(fā)促性腺激素特定的生物學(xué)效應(yīng)。FSHR 相互作用幾乎沒有什么種屬特異性，不管是同源還是異源系統(tǒng)均有相似特征。在FSHR 的精確定位方面，放射自顯影顯示標記的 FSH 被選擇性的定位到支持細胞的表面，位于緊密連接的外面。通過熒光原位雜交和連鎖分析將 FSHR 基因定位到 2號或3號染色體。FSHR 基因是一個單拷貝基因（single-copy gene），由 10 個外顯子和 9 個內(nèi)含子組成。FSHR 基因表達具有高度的組織特異性，并且嚴格地依賴不同激素的刺激。FSHR 基因的 5’側(cè)翼區(qū)缺少規(guī)范的 TATA 或 CCAAT 啟動子元件，而且也沒有 LH受體上的 GC box，啟動子特異轉(zhuǎn)錄因子 SP1 的結(jié)合位點。關(guān)于 FSHR 啟動區(qū)調(diào)控元件的研究至今還沒有很一致的說法。FSHR 基因啟動子的特異表達還可能與甲基化有關(guān)。FSHR 基因單核苷酸變異與功能的研究方面，宋美玲（2005）分析發(fā)現(xiàn) 5’調(diào)控區(qū)和部分外顯子 1序列的單核苷酸多態(tài)與超排的效果有顯著影響。寧立娜（2006）對動物抽樣群體 FSHR 基因的外顯子 10 部分序列進行 PCR-SSCP 基因型判定，發(fā)現(xiàn)了兩種基因型：AB 型和 AA 型。高產(chǎn)群和普通群體的 AA 基因型頻率都比相應(yīng)的低產(chǎn)群要低。

三、FSH 基因的生物學(xué)作用

FSH 通過結(jié)合唯一分布在性腺靶細胞上的特異受體行使功能。卵泡刺激素在垂體內(nèi)受一系列糖基化加工，形成一系列糖基化不同的 FSH異形物(FSHisoforms)，分泌至血液循環(huán)內(nèi)與性腺靶細胞受體結(jié)合，經(jīng)過次級信使 Ca2+及 cAMP 引起一系列生物反應(yīng)， 促進顆粒細胞增生與卵泡液的分泌，并誘導(dǎo)促黃體素 LH、促乳素 PRL 的受體生成及芳香化酶的生成，刺激雌二醇的合成與釋放，從而協(xié)調(diào)控制配子細胞的發(fā)育和成熟；促進睪丸足細胞合成和分泌雌激素，刺激生精上皮的發(fā)育和精子發(fā)生（在次級精母細胞及其以前階段，F(xiàn)SH起重要作用，此后由睪酮起主要作用）。家畜在排卵前20～30小時 出現(xiàn)第二次 FSH 高峰，啟動另一批卵泡形成卵泡腔，為下一周期排卵作準備，而且 FSH 高峰期的量與17天 內(nèi)卵巢內(nèi)的有腔卵泡數(shù)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。因此，F(xiàn)SH 是相當重要的一種生殖激素。在生理條件下，促卵泡素和促黃體素具有協(xié)同作用，對其分別研究發(fā)現(xiàn)促卵泡素對雌性動物的生理作用，主要是刺激卵泡的生長和發(fā)育。試驗證實，促卵泡素能提高卵泡壁細胞的攝氧量，增加蛋白質(zhì)合成；促進卵泡內(nèi)膜細胞分化，促進顆粒細胞增生和卵泡液的分泌。一般來說，促卵泡素能影響生長卵泡的數(shù)量。只有在促黃體素的協(xié)同作用下，才能激發(fā)卵泡的最后成熟，誘發(fā)排卵并使顆粒細胞變成黃體細胞。FSH 在維持卵母細胞生長和卵泡結(jié)構(gòu)的完整性方面起著十分重要的作用。體外試驗發(fā)現(xiàn)，高濃度的 FSH 能顯著地促進腔前卵泡的生長和腔的形成，且能夠提高腔前卵泡的成活率（靳雙星等，2007；Ji 等，2001）。大量的研究表明，F(xiàn)SH 在抑制卵泡閉鎖方面也起著重要作用。FSH 在卵泡從腔前階段向早腔階段發(fā)育過程中，是調(diào)節(jié)卵泡發(fā)育和抗閉鎖的重要因素（Orisaka等，2006）。對雄性動物，促卵泡素的作用主要是促進生精上皮發(fā)育和精子形成，試驗觀察發(fā)現(xiàn)，促卵泡素能促進曲精細管的增長，促進生精上皮細胞分裂，刺激精原細胞增殖，而且在睪酮的協(xié)同作用下促進精子形成。

四、FSH 基因?qū)Ψ敝承阅苡绊?/h2>

高的排卵率和良好的子宮容量是高產(chǎn)仔的物質(zhì)基礎(chǔ)，而在卵泡發(fā)育和排卵過程中，卵泡刺激素（FSH）和促黃體素（LH）是兩種起直接作用的糖蛋白激素，其中 FSH 應(yīng)用于超排的研究業(yè)已證明高濃度的 FSH 可以促進更多的卵泡成熟，在 LH 協(xié)同作用下，實現(xiàn)超排。近年來，在許多動物實驗中，對抑制素免疫所引起的排卵率的變化最終亦歸因于 FSH 濃度的上升。但隨著胎次的增加，F(xiàn)SHβ座位影響產(chǎn)仔數(shù)的效應(yīng)也在下降，這可能是因為隨母畜年齡的增加，環(huán)境因素（如營養(yǎng)和應(yīng)激）對繁殖性狀的影響加大。FSH基因是否對其他重要生產(chǎn)性狀有影響，需進行更深入的研究。

五、FSH基因在犬繁殖育種中的應(yīng)用前景

目前FSH在很多動物上都得到了很好的應(yīng)用，由此可以證明FSH 在犬的繁殖育種中將發(fā)揮巨大的作用：誘導(dǎo)乏情期的母犬發(fā)情： 接近發(fā)情期的母犬使用FSH 處理，可誘導(dǎo)乏情期的母犬發(fā)情和配種，進行同期發(fā)情處理，并能縮短胎間距， 提高母犬的繁殖效率；提高公犬精液品質(zhì)：公犬精子密度不足或精子活力差可致母犬不孕，應(yīng)用FSH和LH 治療，可提高精子密度，改善精液品質(zhì)；治療母犬卵巢疾病： FSH 對卵巢機能不全、卵泡發(fā)育停滯或交替發(fā)育均有較好療效；超排處理：在進行犬胚胎移植工作中，為了獲得大量的卵子和胚胎，常用FSH 對供體犬只進行處理，使其卵泡大量發(fā)育成熟和排卵；卵母細胞的體外成熟和體外受精實驗中添加FSH可以促進卵母細胞的完全成熟，從而進一步應(yīng)用于體外受精等。總之，卵泡刺激素因其廣泛而重要的生物學(xué)功能，在犬的繁殖育種和相關(guān)疾病治療等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

（作者單位：公安部警犬技術(shù)學(xué)校，110034）

（編輯：李 冰）