牛無角性狀及相關基因研究進展

巴桑旺堆 任中祥 朱彥賓

摘要 選育具有無角性狀的牛有利于規?；曫B管理，且可以消除斷角帶來的應激，進而提高經濟效益，對養牛業發展具有重大意義。本文介紹了牛無角性狀及相關基因的研究進展，以期為進一步的研究提供理論依據。

關鍵詞 牛；無角性狀；相關基因；研究進展

中圖分類號 S823 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）12-0225-02

角是有蹄類哺乳動物自衛和爭奪交配權的工具，為頭部表皮及真皮特化形成的產物。自然界中哺乳動物存在5種角，即洞角、瘤角、鹿茸角、犀角、叉角羚角。牛角是由外角蛋白層和內含氣腔的骨組成的洞角[1]。角對野生動物具有重要作用，然而在牛的集約化飼養管理中，角可能成為其相互撞擊的工具，甚至會對管理人員造成一定的威脅。雖然在現代集約化牛飼養中可采取小牛去角的方法，但這給小牛帶來不必要的應激，且違背了動物福利[2-4]。因此，探究在牛角形成過程中參與調控的基因及其表達機制對于養牛業的發展進步具有重要意義。本文從牛無角性狀候選突變和無角性狀基因轉錄與表達2個方面作一簡單綜述。

1 牛無角性狀候選突變研究進展

Medugorac等[5]運用高通量測序、高密度SNP基因分型和PCR的方法分析了1 675頭不同品種牛的無角性狀與基因的關系，結果發現，在牛的無角性狀基因座上存在至少2 個等位基因：在源自斯堪的納維亞、英國、法國和南德國的牛品種中鑒定出一個被稱為P202ID的202 bp插入缺失；與荷斯坦奶牛無角性狀相關的突變包括5個候選突變（3個SNP：PG1654405A、PC1655463T、PC1768587A，2個InDel：P5ID、P80kbID）的260 kb單體型。Rothammer等[6]以5993頭不同品種的牛為樣本，利用高密度SNP基因分型和基因測序的方法，證明了存在于BTA1上的一個80 kb的DNA拷貝（P80kbID）是荷斯坦奶牛無角性狀的唯一候選突變。Wiedemar等[7]通過高密度SNP基因分型方法把西門塔爾牛無角突變的關鍵區域精確到212 kb，并確定了包含荷斯坦奶牛無角突變的932 kb重疊區域；通過對BTA1上標記基因和位點區域差異表達的研究，發現了LOC100848215（僅在奶牛和水牛中的已知位點）在有角胎兒組織中的表達量比在無角胎兒組織中更高的現象，暗示其在角的形成過程中的必要作用。Carlson等[8]通過基因編輯技術將P202ID插入到荷斯坦奶牛胚胎基因組中，結果成功生產出無角荷斯坦奶牛。曾璐嵐等[9]利用 PCR方法對93頭無角夏南牛和20頭有角夏南牛單倍型P202ID位點進行檢測，發現了PC/PC、PC/Prs和Prs/Prs 3種基因型，分子鑒定表明，113頭夏南牛的基因型與其角的性狀（有角與無角）一致。Liang等[10]以10頭有角牦牛和10頭無角牦牛為樣本，采用全基因組關聯研究分析的方法，確定了1個與牦牛無角性狀有關的200 kb的基因組區域。Liu等[11]通過對51頭有角牦牛和50頭無角牦牛進行測序和高分辨率溶解曲線分析，發現9個SNP位點與無角性狀有關；Fisher′s精確檢驗和單體型分析顯示，包含3個蛋白編碼基因C1H21orf62、GCFC1和SYNJ1的147 kb片段是牦牛無角突變最可能的位置。Medugorac等[12]通過對蒙古牦牛進行基因分型和SNP位點分析，發現一段219 bp片段（P219ID）新的復制插入是導致蒙古Turano牛無角表型的原因。Chen等[13]以64頭蜀宣花牛（48頭有角，16頭無角）為樣本，采用PCR技術分析了該品種無角性狀與所有3種已知突變（P202ID、P80kbID和P219ID）的聯系，結果3種候選突變均在無角牛中被檢測到，但存在1個無角個體不含任何候選突變，暗示了其他候選突變的存在。

2 牛無角性狀基因轉錄和表達研究進展

Mariasegaram等[14]利用基因芯片技術比較無角牛和有角牛發育過程中基因的差異表達，結果未發現存在于已知無角性狀基因座的BTA1精細定位區域中任何基因的差異表達。Allais-Bonnet等[15]使用高通量mRNA測序技術發現一個長鏈非編碼RNA的異位表達可能是無角牛角芽發育不全的原因。趙娟花等[16]以5頭有角和5頭無角大通牦牛為樣本，采用RT-PCR對C1H21orf62基因進行擴增、克隆及測序，發現該基因編碼區全長662 bp，編碼161個氨基酸；對C1H21-orf62蛋白進行生物信息學分析的結果顯示，C1H21orf62是一種親水性表面蛋白，含有13個潛在的磷酸化位點，但無跨膜域和N-端信號肽，其可能為表面蛋白；采用實時熒光定量PCR方法檢測在有角、無角角芽組織中C1H21orf62基因的相對表達量，發現在有角牦牛角芽組織中C1H21orf62基因mRNA表達量極顯著低于無角牦牛，推測C1H21orf62基因在牛角不同發育時期mRNA表達量不同。佘平昌等[17]以牦牛為樣本，采用實時熒光定量PCR技術（qRT-PCR），對牛角性狀候選基因少突膠質細胞轉錄因子1（OLIG1）、少突膠質細胞轉錄因子2（OLIG2）、干擾素α和β受體亞基1（IFNAR1）、干擾素α和β受體亞基2（IFNAR2）、1號染色體C21orf62同系物（C1H21orf62）、PAX3和PAX7結合蛋白1（GCFC1）、干擾素γ受體2（IFNGR2）、synaptojanin 1（SYNJ1）、白細胞介素10受體亞基β（IL10RB）、磷酸核糖甘氨酰胺甲酰轉移酶（GART）、松弛素家族肽受體2（RXFP2）、叉頭框L2（FOXL2）、扭曲家族bHLH轉錄因子1（TWIST1）、扭曲家族bHLH轉錄因子2（TWIST2）、鋅指E-box結合同源框2（ZEB2）、E-鈣粘蛋白（E-cadherin）和P-鈣粘蛋白（P-cadherin）的mRNA在角基間及皮膚間的相對表達量進行了比較，結果表明，OLIG2和ZEB2在有角和無角牦牛角基間轉錄量差異極顯著（P<0.01），可能是牛角性狀的關鍵候選基因；TWIST1和IFNGR2在有角和無角牦牛角基間轉錄量差異顯著（P<0.05），可能與ZEB2共同參與牛角的形成；P-cadherin基因在有角和無角牦牛角基間轉錄量差異顯著（P<0.05），可能與牛角的發育有關。

3 展望

近年來，各國科學家用微衛星標記、SNP、基因表達研究等方法深入解析了與牛無角性狀形成有關的基因片段及其作用機理，但由于控制無角性狀的可能不只1對等位基因且具有等位基因異質性特點，其準確的遺傳機制和表達模式還有待進一步探索。本文簡要介紹了牛無角性狀的研究進展，以期為進一步研究提供理論依據。因此，對牛無角性狀的研究方向為探索不同品種牛產生無角性狀間的相互聯系，著重比較無角牛與有角牛角芽形成過程中 mRNA 的異位表達，同時注意蛋白質的變化差異。

4 致謝

感謝國家肉牛牦牛產業技術體系（CARS-37）支持。

5 參考文獻

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