VRTN 基因在商品豬群中的遺傳效應及其在不同來源種豬群中的頻率

孫曉梅，于 鴿，魯慧文，朱生巍，陳紅興，黃 濤＊，高若男，和軍飛，孫義姍，謝 蘇

（石河子大學動物科技學院，新疆 石河子 832000）

人們于20世紀中期，觀察到家畜的脊椎數(shù)目有發(fā)生變異的現(xiàn)象。至今發(fā)現(xiàn)具有多脊椎性狀的家畜包括豬、羊和牛[1]。野豬及中國大部分地方豬種的脊椎總數(shù)為一般為19～20根；西方商業(yè)豬種對于脊椎數(shù)相關的體長、胴體長等性狀進行了高強度的人工選擇，使得西方商業(yè)豬種脊椎總數(shù)達到21～23根，其中胸椎數(shù)為14～16根，腰椎為5～7根[2-3]。

遺傳因素是影響豬脊椎數(shù)目的主導原因，并且多脊椎性狀是遺傳力[4]（0.6～0.74）很高的重要經(jīng)濟性狀，因為它與豬的體型、胴體長度和產(chǎn)肉量有關。脊椎數(shù)偏多的個體相對一般個體體型長、產(chǎn)肉性能高；據(jù)估計，多一根脊椎骨可以使胴體長度增加約為40 mm，體重增加約4～8 kg[5]。

脊椎動物的脊椎骨形成于胚胎發(fā)育早期，其形成過程復雜，受多個基因的調(diào)控，具體調(diào)控機制還未明確，因此諸多候選基因需要不斷地去探索和發(fā)現(xiàn)。目前，遺傳研究表明[4]調(diào)控豬肋骨數(shù)變異的關鍵因素是VRTN基因的遺傳多態(tài)性，研究商品豬的VRTN基因與肋骨數(shù)性狀的關聯(lián)性及不同品種豬的VRTN基因遺傳效應，可為豬產(chǎn)肉性能的提高提供重要的分子依據(jù)和理論基礎，具有重要的實踐意義[6]。通過選育胸腰椎數(shù)較多的專門化培育品系，在生豬養(yǎng)殖上具有重大的經(jīng)濟價值和意義。

Nakano等[7]研究表明，VRTN基因可作為一種有效的選擇標記，用于獲得具有高胸椎數(shù)和長度相關性狀的豬，而不會對肉類生產(chǎn)性狀產(chǎn)生不利影響。閆德超[8]通過對718頭法系和324頭美系大白豬VRTN基因ins291位點進行研究，確定VRTN基因是影響豬脊椎數(shù)變異的基因，同時也是使豬只體長和乳頭數(shù)增加以及提高生長速率的有利等位基因。

我國養(yǎng)豬界習慣把從某國引入的種豬稱為某系種豬，例如美系、加系、丹系、法系等。本研究以天康畜牧有限公司商品豬和8個不同品系的種公豬為研究對象，通過檢測VRTN基因多態(tài)性，驗證VRTN基因在天康豬群中的遺傳效應，比較不同來源種豬的多脊椎基因頻率，以期為天康種豬的選育提供理論依據(jù)，加快多肋基因的品系及品種選育，提高豬的產(chǎn)肉性能以及養(yǎng)殖效益。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 樣品的采集及表型測定

本實驗所需的283頭種公豬和230頭商品豬來自新疆天康畜牧公司，種公豬和商品豬分別采用相同的生產(chǎn)流程和營養(yǎng)標準。

商品豬樣品采集及表型測定：試驗所需的商品豬樣品均來自新疆天康食品公司屠宰場，對230份商品豬胴體數(shù)清肋骨數(shù)，采集肌肉樣品提取DNA。

種公豬樣品采集：選擇體況良好的283頭存欄種公豬采集耳組織樣品提取DNA，記錄個體和品種信息。

1.1.2 主要實驗儀器和試劑

主要實驗儀器和試劑見表1。

表1主要實驗儀器和試劑

表1 主要實驗儀器和試劑

1.2 實驗方法

1.2.1 基因組DNA 的提取

取豬組織樣品各0.1 g在1.5 mL EP離心管中，在保證無相互污染的情況下，用手術剪將樣品充分剪碎。按照TIANGEN公司組織基因組DNA提取試劑盒說明書，提取實驗豬耳組織和肌肉組織樣品基因組DNA。基因組DNA提取后，利用 NanoDrop2000超微量分光光度計檢測DNA 的純度和濃度，稀釋至100 ng/μL左右用于PC擴增，-20℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 PCR 擴增

依據(jù)文獻[9]中研究的影響豬肋骨數(shù)性狀的V R T N 基因g.20311_20312 ins291位點，設計引物。用2%瓊脂糖凝膠對擴增產(chǎn)物電泳分離，依據(jù)條帶大小對商品豬和種公豬不同個體VRTN基因ins291位點進行分型判定。

引物由新疆昆泰銳生物技術有限公司合成。引物序列見表2，PCR 反應體系：2×Taq MasterMix（7.5 μL）、ddH2O（6.2 μL）、PCR上、下游引物（10 μM，0.4 μL）及DNA 模板（100 ng/μL，0.5 μL）混合總體積為15 μL。PCR 反應程序：預變性（95 ℃，5 min）、變性（95 ℃，30 s）、 退 火（60 ℃，30 s）、 延伸（72 ℃，30 s）、終延伸（72 ℃，5 min）、保存（-4 ℃，60 min）。

1.2.3 基因多態(tài)性檢測

對PCR擴增后產(chǎn)物用2%的瓊脂糖凝膠進行電泳檢測，置于凝膠電泳成像分析系統(tǒng)中拍照。基因型檢測VRTN基因影響胸椎數(shù)是通過一段291 bp的序列插入造成，瓊脂糖電泳檢測PCR產(chǎn)物呈現(xiàn)出多態(tài)性。

表2 引物序列

1.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析

用EXCEL對基因頻率和基因型頻率進行原始數(shù)據(jù)整理，同時計算群體遺傳多態(tài)性參數(shù),包括多態(tài)信息含量（PIC）、有效等位基因數(shù)（Ne）、遺傳雜合度（He）。并使用Hardy—Weinberg平衡性檢驗。

運用IBM SPSS Statistics 19軟件的一般線性模型（General Linear Model）對基因型效應進行分析，將不同基因型作為標記效應，從而建立固定模型對不同基因型之間的肋骨對數(shù)（平均值±標準差）進行F檢驗和多重比較。基因型效應與肋骨對數(shù)相關分析模型：

Yij＝ u＋Markeri＋eij

其中：Yij 為群體中個體的肋骨數(shù)表型記錄值，u為群體的肋骨數(shù)表型平均值，Markeri為候選基因的基因型的標記效應，eij為隨機誤差。

2 結果與分析

2.1 VRTN 基因PCR 產(chǎn)物擴增結果及基因判型

圖1 VRTN 基因PCR 擴增產(chǎn)物檢測及基因型判斷結果

用2% 的瓊脂糖凝膠電泳對VRTN 基因 PCR 擴增產(chǎn)物進行檢測，結果如圖1所示。當插入突變?yōu)?11 bp目的片段的基因型為QQ型，僅含有120 bp的目的片段的基因型為qq型，分型為兩條帶既有411 bp又含有120 bp片段的基因型為Qq型。經(jīng)檢測后可知，在商品豬和種公豬群體中 VRTN 基因目的片段的3種基因型均存在。

2.2 VRTN 基因多態(tài)性對商品豬肋骨對數(shù)的影響

在天康杜長大三元雜交商品豬群體中，個體肋骨對數(shù)呈現(xiàn) QQ型＞Qq型＞qq型的趨勢，且VRTN基因ins291位點處為QQ型個體的平均肋骨對數(shù)比qq型個體平均肋骨對數(shù)多1.23對，如表3所示，QQ型個體的肋骨對數(shù)極顯著高于Qq型個體的肋骨對數(shù)（P ＜0.01），極顯著高于qq型個體的肋骨對數(shù)（P＜0.01）；Qq個體的肋骨對數(shù)極顯著高于qq型的肋骨對數(shù)（P＜0.01）。

由商品豬肋骨對數(shù)與基因型數(shù)量關系可知（如表4），14對肋骨數(shù)的商品豬共有92頭，qq基因型數(shù)量最多，占59.8%；15對肋骨數(shù)的商品豬共有103頭，基因型數(shù)量最多的是Qq型，占61.2%；而在16對肋骨數(shù)的35頭商品豬中，不存在qq基因型，QQ型數(shù)量最多，占77.1%，說明肋骨對數(shù)與VRTN基因ins291位點處的插入突變相關。可以推斷VRTN基因ins291位點因為存在插入突變（QQ基因型），所以會使肋骨對數(shù)有增加的趨勢，則Q為肋骨對數(shù)變異的有利等位基因。經(jīng)χ2檢驗，商品豬群體的χ2＜χ20.05（2）=5.99，表明該群體處于Hardy—Weinberg平衡狀態(tài)。

2.3 不同品種種豬VRTN 基因型分布

長白種豬中，A系長白QQ為優(yōu)勢基因型（如表5所示），而B系長白的優(yōu)勢基因型Qq（0.49）。等位基因Q基因頻率為A系長白＞B系長白。因為Q為有利突變基因，且長白豬一般作為二元母豬的父系，故可選擇A系長白作為種豬對后代進行育種改良，可以增加后代群體中的多肋基因頻率。

大白種豬中，A系大白、B系大白的優(yōu)勢基因型分別為qq（0.60）和Qq（0.58）（如表5所示），等位基因Q基因頻率為A系大白＞B系大白。兩個品系大白豬有利基因Q頻率都大于0.5，在后期選擇可以選A系大白作為二元母豬母本。

杜洛克種豬有4個不同品系，除B系杜洛克以Qq（0.58）為優(yōu)勢基因型（如表5所示），AC系杜洛克、BC系杜洛克及C系杜洛克都是以QQ為優(yōu)勢基因型。有利等位基因Q頻率為：BC系杜洛克＞C系杜洛克＞AC系杜洛克＞B系杜洛克。可見BC系杜洛克作為終端父本種畜具有較大的優(yōu)勢。

3 討論

VRTN是一種蛋白編碼基因，具有特異性DNA序列結合位點及轉座酶活性。在人的不同組織或細胞中，VRTN基因的表達量不同，但差異不顯著；在小鼠的巨紅細胞祖細胞、胚胎干細胞系V26-2-P16和胰腺中高量表達，但在其他組織或細胞中基因的表達豐度幾乎無差別，均較低。對斑馬魚的研究表明，VRTN基因是一個核內(nèi)定位的轉錄抑制因子，是一種新的在斑馬魚卵細胞植物極定位的母源因子，VRTN與bmp2b調(diào)控序列結合，并作為阻遏物抑制其合子轉錄。在受精后迅速地向動物極移動，獨立調(diào)節(jié)bmp2b基因在背腹軸的表達，確保bmp2基因在背腹軸正常的濃度梯度，從而使胚胎背腹軸發(fā)育正常[10]。

表3 VRTN 基因ins291 處多態(tài)性與商品豬肋骨數(shù)關聯(lián)分析

表4 商品豬肋骨數(shù)與基因型數(shù)量關系

表5 不同豬品種VRTN 基因型頻率及等位基因頻率分布

范寅等[11]對來自白色杜洛克與二花臉雜交F2代、蘇太豬、二花臉與通城豬雜交這三個群體進行全基因組關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)VRTN基因的g.20311_20312ins291位點與肋骨對數(shù)表型關聯(lián)極顯著。張慧[12]通過對609頭杜長大三元雜交豬進行試驗，確定g.19034A＞C及g.20311_20312ins291是功能性突變位點，符合因果突變的特性，并且這兩個位點對VRTN的表達具有加性遺傳效應。吳一塵等[13]對蘇淮豬VRTN基因ins 291位點進行多態(tài)性分析，研究表明蘇淮豬群體存在高脊椎數(shù)等位基因。陳偉等[14]對大白豬群體進行研究，從而推斷VRTN基因中SINE插入多態(tài)也許與豬瘦肉率和生長速度有關聯(lián)，可能會使豬生長速度和眼肌面積降低，并不影響產(chǎn)仔數(shù)。可見VRTN基因ins291位點突變會使豬肋骨對數(shù)產(chǎn)生增加效應，具有加性遺傳效應。

李娜等[15]研究松遼黑豬VRTN基因多態(tài)性與肋骨對數(shù)關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)112 bp突變位點插入一個約289 bp突變與肋骨對數(shù)變異具有關聯(lián)。沈瑞玲等[16]研究棗莊黑蓋豬群體中VRTN基因ins291突變位點缺失型為優(yōu)勢基因型。歐陽子璇[17]研究表明SSC7上的VRTN基因NV123 ins 291位點對杜長大三元雜交豬的胸椎數(shù)影響極顯著。張文克[18]通過對松遼黑豬和杜長大三元雜交豬進行肋骨對數(shù)表型值相關分析，發(fā)現(xiàn)VRTN基因112 bp位點插入的突變與肋骨對數(shù)表型變異存在關聯(lián)性。這與本研究的VRTN基因ins291 bp位點處極顯著影響商品豬杜長大三元雜交豬群體個體肋骨對數(shù)（P＜0.01），并且呈現(xiàn)QQ型＞Qq型＞qq型趨勢，QQ個體肋骨對數(shù)比qq型多1.24對以上，結果相符。

本研究在不同品系種豬中發(fā)現(xiàn)，長白種豬群中有利等位基因Q基因頻率為A系＞B系；大白種豬群中有利等位基因Q基因頻率為A系＞B系；有利等位基因Q頻率為：杜洛克種豬群中BC系＞C系＞AC＞B系。以QQ為優(yōu)勢基因的A系長白、A系大白、BC系杜洛克和C系杜洛克種豬可用于生產(chǎn)多肋商品豬。