MRFs基因家族對肉品質的影響

任 霆，郭月英，張 靜，趙麗華，靳 燁

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古呼和浩特010018）

MRFs基因家族對肉品質的影響

任 霆，郭月英，張 靜，趙麗華，靳 燁*

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古呼和浩特010018）

肌肉調節因子（MRFs）基因家族編碼4種肌肉特異性轉錄因子，分別是MyoD、MyoG、Myf5和Myf6，它們是控制骨骼肌生成的關鍵調節因子，共同控制肌肉的生成。研究表明，這些肌肉特異性轉錄因子與肌肉生長和肉質有著密切的關系。本文就生肌調節因子MRFs家族的結構特性、作用機理及各成員對肉質的影響進行了綜述，并對其研究進展及應用前景進行了討論。

生肌調節因子MRFs家族，基因多態性，肉質

我國是肉類食品生產和消費大國，加之肉類食品又是人們膳食中蛋白質的主要來源，因此，肉的品質受到人們的廣泛關注。肉品質的定義在各個國家有所差異，廣為接受的是Hofmann[1]的定義，即肉質應考慮感官屬性（性狀）、技術因素、營養價值、衛生和毒性或食品的安全性等方面。影響肉品質的因素存在于肉品生產的每一個環節當中，包括從品種、飼養（牧場）、屠宰、加工到餐桌，這些環節都會對最終肉制品的質量造成不同程度的影響，其中遺傳因素對肉品質起決定作用[2]。遺傳因素主要是受到基因的表達調控，因此，認定基因的表達調控對肉品質有重要的影響。

MRFs基因家族是在骨骼肌生成過程中參與分子調控機制的一個重要轉錄因子家族，它作為調節因子對發生在胚胎發育過程中的骨骼肌形成過程有重要的分子調控作用。MRFs基因家族也控制著肌肉的發育，包括從前體肌細胞的定型、增殖及肌纖維的形成，直到個體出生后肌肉的成熟和功能的完善整個過程[3]。因此，認定MRFs基因家族的表達調控對提高肉的品質有重要的作用。

1 MRFs基因家族簡介

肌肉調節因子（muscle regulatory factors，MRFs）基因家族又叫生肌決定因子（myogenic determ ining factor，MyoD）基因家族，是啟動和維持骨骼肌細胞分化發育和生長的一個主要調控基因家族。該家族編碼4種肌肉特異性轉錄因子，分別是生肌決定因子（myogenic determ ining factor，MyoD）、肌細胞生成素（myogenin，MyoG）、生肌因子5（myogenic factor 5，Myf5）和生肌因子6（myogenic factor 6，Myf6），它們是控制骨骼肌生成的關鍵調節因子，共同控制肌肉的生成[4]。

1.1 MRFs基因家族的結構與功能

MRFs基因家族蛋白結構上的最大特點是含有bHLH（basic helix-loop-helix）結構域，從結構上看其屬于堿性螺旋-環-螺旋（bHLH）轉錄因子超家族，是一族核內DNA結合磷酸蛋白。與其他bHLH轉錄因子超家族中蛋白不同的是MRFs基因家族的堿性結構域內包含一個保守的由三個氨基酸組成的肌肉識別基序，該肌肉識別基序由氨基酸ATK（丙氨酸-蘇氨酸-賴氨酸）組成，可以激活肌肉特異的基因表達[5-6]。堿性螺旋-環-螺旋結構域（圖1）具有70個氨基酸殘基，該結構域由一個能識別并結合E-box的DNA結合域組成，E-box包含啟動子部位的CANNTG序列，能增強肌肉型特異性基因活性[7]。如圖1所示，Basic

結構域是HLH螺旋結構的延伸，也是這一基因家族蛋白與DNA結合的區域，而HLH螺旋結構則是與許多其他轉錄因子相互作用的位點，即表達調控區域。MRFs基因家族是一個與肌肉發育分化過程密切相關的轉錄因子，可激活靜止狀態的肌肉特有基因與肌肉特有的增強子結合共同促進轉錄，可促使某些細胞（成纖維細胞、原代培養的成軟骨細胞、平滑肌細胞等）向骨骼肌細胞分化[8]。

1.2 MRFs基因家族的生物學特性

MRFs基因家族在骨骼肌肌細胞的決定和分化過程中起著決定性作用，在對肌肉生成有關基因的調節能力上，各成員有其獨特的功能，在調節體系上各成員又是相互補充的。這些基因編碼堿性螺旋-環-螺旋（bHLH）蛋白，通過調節肌肉分化階段特異性蛋白的表達來參與肌細胞定向和分化。其中Myf5和MyoD在成肌細胞增殖過程中表達，它們調控肌胚細胞與衛星細胞的增殖，控制體節細胞分化為成肌細胞；MyoG基因能在肌胚細胞向肌細胞分化的過程中調節單個肌胚細胞與肌纖維的融合，使得成肌細胞分化為成熟的骨骼肌細胞，但是MyoG基因的表達又是受MyoD和Myf5基因調控的。同時，認為MyoG又與出生、生長速度、胴體及瘦肉率相關[9]；而Myf6主要在出生后表達，即在肌細胞分化晚期或分化后表達，其調節肌肉分化的能力與MyoG相似。在基因敲除實驗中，MyoG基因被敲除，Myf6編碼序列替換了MyoG編碼序列的小鼠可存活，但其肌纖維數目減少，說明Myf6只能低效彌補MyoG的功能[10]。綜合大量實驗研究結果，我們可以將MRFs基因家族分為兩類。一類是初級MRFs，即MyoD和Myf5，二者具有高度的同源性，其功能上存在部分的重疊。主要是決定增殖的體節細胞定向為生肌細胞系的過程；另一類是次級MRFs，即MyoG和Myf6，其功能是促進定向的細胞（成肌細胞）進行增殖，進一步分化為肌細胞，最終成熟成為肌纖維[11]。

2 MRFs各成員的功能及對肉品質的影響

2.1 MyoD基因

生肌決定因子（myogenic determination gene，MyoD）也稱為MyoD1，于1987年由Davis[12]首先分離、克隆，是肌肉調節因子基因家族的重要成員，可使很多其他類型的細胞（如成纖維細胞、脂肪細胞、軟骨細胞和神經細胞等）轉化為成肌細胞并可促進成肌細胞進一步融合、分化為成熟的肌纖維，起著調控肌肉特性的作用，一直被認為是最重要的成肌轉錄因子[13]。

2.1.1 MyoD基因的功能 生肌決定因子（MyoD）能夠啟動一整套的肌形成肌肉特異基因轉錄程序，即細胞分化過程中基因表達調節機制，在該調節機制中MyoD起著總開關的作用[14]。MyoD基因能夠激活肌肉基因轉錄，使非肌細胞轉變為肌細胞，并且控制肌細胞的融合，促進成肌細胞分化為肌管，進而融合為肌纖維，是調控脊椎動物胚胎期肌肉發育過程的主調控因子[15]。

2.1.2 MyoD基因對肉品質的影響 MyoD基因為畜牧生產提供了廣闊的應用前景，由于其與肌纖維發育、肌肉色澤、肉質嫩度等方面存在一定的關系，故可作為重要的經濟性狀候選基因進行研究[16]。MyoD基因對不同動物肌肉的調控存在差別。在對豬的研究中，Knoll等[17]在對豬MyoD基因的內含子1上發現DdeIPCR-RFLP位點，隨后繼續對該位點與豬的胴體性狀進行研究，結果表明，該位點可顯著地影響胴體瘦肉率、眼肌面積、皮脂含量、腿臀比例和胴體長度，從而間接影響豬肉品質[18-20]。Verner等[21]報道，豬的MyoD基因多態性與大理石花紋性狀具有極顯著相關性。Lee等[22]研究顯示，豬的MyoD基因不同的單核苷酸多態性影響其基因的表達，并且其在一定程度上對肌纖維特性、瘦肉率及肉質性狀存在不同程度的影響。在對牛的研究中，田璐等[23]在3個黃牛和4個雜交肉牛品種中對MyoD基因第二內含子進行檢測，發現2個SNP，并發現這兩個多態位點對胴體性狀（如胴體重、凈肉重、高檔肉重、眼肌面積等）的影響達到顯著或極顯著水平，這些性狀均與肌肉生長發育有關。黃萌等[24]在3個牛品種MyoD基因外顯子3檢測到1個錯義突變，該位點對肉牛的背膘厚、大腿肉厚的影響差異分別達到極顯著和顯著水平。在羊方面，李偉等[25]通過建立過表達MyoD基因山羊胎兒成纖維細胞系研究MyoD基因的異位表達研究其在成肌分化中的生物作用，發現MyoD能夠誘使成纖維細胞（已分化細胞）向成肌細胞轉化，并能夠誘導形成相應的肌管。

2.2 MyoG基因

肌細胞生成素（myogenin，MyoG）基因，為近年來人們發現的一種與肌纖維數目有關的基因，它控制肌纖維的形成，在肌肉分化過程中起著關鍵作用。

2.2.1 MyoG基因的功能 MyoG基因的功能主要集中在以下幾點：a.MyoG是骨骼肌分化所必需的正調控因子[26]，它控制著整個肌肉的發育過程，包括從多能胚胎干細胞到中胚層細胞，再定向為成肌細胞，由成肌細胞分化成肌管，進而由肌管融合成為肌纖維的整個過程。b.MyoG是家族中唯一能夠在所有骨骼肌細胞中均表達的基因，其功能不可被其他肌肉調節因子所取代，它能夠通過抑制細胞生長周期來促進細胞的分化，進而促進骨骼肌發育和成熟。c.MyoG基因作為一種肌細胞特異性轉錄因子，不但能夠調節其自身基因的表達，而且能與生肌因子其他成員相互作用，調節彼此基因的表達[27]。

2.2.2 MyoG基因對肉品質的影響 肌細胞生成素（myogenin，MyoG）基因通過控制成肌細胞的融合和肌纖維的形成來對肌肉的分化作用產生影響，其對脊椎動物肌細胞分化和骨骼肌系統的發育成熟具有重要意義。MyoG基因對不同動物肌肉的調控存在著差別。在對豬的研究中，te Pas等[28]對MyoG基因3’端的SNP進行了Msp I-PCR-RFLP檢測，并對個體的遺傳效應進行了分析。結果顯示，MyoG部分基因型對豬初生重、胴體重、日增重和瘦肉重都有顯著影響。Cieslak等[29]的研究結果也證實了該基因3’端的Msp I多態性會影響豬肉產量。在對牛的研究中，趙金紅等[30]發現Taq I-PCR-RFLP位點，并對這個位點與牛的胴體性狀進行相關分析，結果發現該位點可顯著地影響胴體重、凈肉重、屠宰率和眼肌面積，這與田璐[23]和黃萌[24]的研究結果相符。王敏強等[31]對黃牛（魯西牛、渤海黑牛）、牦牛和水牛的MyoG基因外顯子1和5′側翼部分的單核苷酸多態性進行分析，發現普通牛和牦牛群體中，C基因型與牛的生長發育這一重要的產肉性狀相關聯。在小鼠方面，Hasty[32]的研究表明，MyoG基因敲除的小鼠出生后會發生嚴重的骨骼肌發育缺陷，說明該基因對骨骼肌的形成有重要的作用，并且發現鼠的MyoG蛋白在肌細胞分化過程中起著中心調節作用。

2.3 Myf5基因

生肌因子5（Myf5）參與了正常骨骼肌纖維的發育，是哺乳動物在胚胎時期調控肌細胞增殖和分化、與肌纖維數量和大小密切相關的調節因子，是該家族在胚胎發育時最早被誘導表達的因子[32]，其表達于成肌細胞的增殖過程中，對哺乳動物胚胎期和出生后肌肉生長發育具有重要作用。

2.3.1 Myf5基因的功能 Myf5的功能一方面體現在Myf5基因在不同肌肉類型的成肌纖維中表達（即時空表達）和其對肌肉分化的作用上。另一方面體現在Myf5基因的分子調控機制上。MRFs基因家族的成員可以自身激活也可以相互激活，只要任一成員被激活，其整個生肌調節網便被啟動，從而大量的進行轉錄和表達，進而形成正常的骨骼肌纖維。

2.3.2 Myf5基因對肉品質的影響 在肌肉的生成過程中，Myf5基因與肌纖維的數量和大小均有關系。在對牛的研究中，Dagmara等[33]對荷斯坦－黑白花雜交牛Myf5基因進行了研究，結果表明Myf5與背部瘦肉率及脂肪之間呈顯著相關性。在對羊的研究中，韋宏偉等[34]的研究表明山羊的Myf5基因不同基因型對其個體的管圍和體重都有影響。在雞、鴨方面，孫文浩等[40]對肉雞采用PCR-SSCP的方法對Myf5基因的遺傳多態性進行了研究，結果發現Myf5基因各單倍型組合型對肌纖維密度和肌纖維直徑兩嫩度指標均有顯著性影響。陶志云等[35]對鴨胚骨骼肌MyoD和Myf5發育性變化研究表明，MyoD和Myf5在胸肌和腿肌中的表達量變化均表現出明顯的規律性。

2.4 Myf6基因

Myf6基因是由M iner等利用人的Myf6基因cDNA從小鼠基因組文庫中分離出來的[36]。Myf6基因主要在最后的成肌細胞分化過程中發揮作用。Myf6基因是脊椎動物胚胎發育過程中骨骼肌發生的主導調節基因，其編碼產物可誘導成肌細胞分化融合成肌管，進而促進肌纖維的形成并維持肌肉的表型[37]。

2.4.1 Myf6基因的功能 Myf6基因主要在肌肉生成的早期進行表達，參與次級肌纖維的形成，能夠促進成肌細胞向肌肉細胞的分化。Myf6能夠促進肌纖維的形成，在維持肌肉表型上發揮了重要的調控作用[36]。在MRFs基因家族中，Myf6是唯一能夠存在于成熟神經節中的生肌家族成員，其功能不可替代。另外，Myf6對于MyoD基因的成肌激活作用具有重要的調節能力。

2.4.2 Myf6基因對肉品質的影響 Myf6基因主要在出生后激活并表達，主要通過對衛星細胞與肌纖維的融合作用影響肌肉微結構形成，最終影響肉的品質。在對牛的研究中，湯展毅等[38]克隆了牛的Myf6基因，并利用Western印記、Real-time PCR技術檢測Myf6對成纖維細胞的影響。結果表明，穩定轉染后的成纖維細胞Myf6蛋白和mRNA的表達量均提高，且達到極顯著水平。由此可知，牛Myf6基因可以在成纖維細胞中表達并且有促進成纖維細胞向肌肉細胞分化的功能。在雞、鴨方面，孫文浩等[39]對肉雞采用PCR-SSCP的方法分析了Myf6基因不同基因型對胴體和肉質性狀的影響，發現Myf6基因的野生型A基因能夠改變肌纖維的密度和直徑，并且還具有提高胸肌重和腿肌重，降低腹脂重和肌纖維密度等效應。朱春紅等[40]的研究結果表明，Myf6基因在高郵鴨和金定鴨的胸肌和腿肌中均有表達，進而說明Myf6基因對其肌肉發育有重要影響。

3 結論與展望

綜上所述，結合MRFs家族各成員的功能和已列舉的研究成果表明：MRFs基因家族對肉品質的影響在豬、牛、羊、雞、鴨和小鼠身上都得到了證實，MRFs基因家族對啟動和維持骨骼肌細胞分化發育和生長起到主要調控作用，并且與肌纖維的數量和大小均有關系。骨骼肌是肉的主要組成部分，一般占肉用動物體重的50%左右，其生長發育過程受到多種基因表達及調控作用的影響，是一個十分復雜的過程。而MRFs基因家族是骨骼肌生長發育的主調控基因，因此，合理對其家族成員進行調控，可以提高骨骼肌的生長發育能力，這對于今后我們提高肉的品質有重要的指導意義。但是目前大多數的研究都還只是停留在對該家族單個成員作用機理的研究上，并沒有對該家族成員進行系統性的分析。因此，在今后的實驗研究中我們可以對該家族四個成員進行整體性的分析和研究，從遺傳因素的角度上提高肉的品質，這對畜禽產肉力的提高及風味的改善具有重要的意義。

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Effect of myogenic regulatory factors（MRFs） to meat quality

REN Ting，GUO Yue-ying，ZHANG Jing，ZHAO Li-hua，JIN Ye*
（College of Food Science and Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot010018，China）

The family of Myogenic regulatory factors（MRFs），encodes four kinds of muscle specific transcriptionfactors，including MyoD，MyoG，Myf5 and Myf6. MRFs members play important roles in the regulation of thegeneration of skeletal muscle，which control the myogenesis together. It has been reported that MRFs membershave great correlation with muscle growth and meat quality. Character and action mechanism of MRFs genefamily as well as their member’s effect on meat quality were reviewed. And the potential applications of MRFsgene family were discussed in this paper.

myogenic regulatory factors（MRFs）；gene polymorphism；meat quality

TS201.1

：A

：1002-0306（2014）16-0363-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.16.071

2013－11－11 *通訊聯系人

任霆（1987-），女，碩士研究生，研究方向：肉品科學。

國家自然科學基金項目（31160330，31360393，31260378）；內蒙古自然科學基因項目（2011MS1203）。