牛羊繁殖性狀相關基因的研究進展

李麗娟， 楊 鵬， 賀 花, 3， 黃殷琦， 梁君桐， 雷初朝， 陳 宏， 黃永震

(1.貴州工程應用技術學院 畢節試驗區研究院， 貴州 畢節 55170； 2.西北農林科技大學 動物科技學院， 陜西 楊凌 712100； 3.西北農林科技大學 動物醫學學院, 陜西 楊凌 712100)

動物繁殖性狀作為經濟性狀的重要組成部分，其性能的高低與生產效益、生產成本密切相關，直接影響農牧業經濟發展。繁殖性狀受多種因素影響，基因作為主要作用因素之一，對性狀的貢獻極大。牛羊的繁殖性狀候選基因具有一定的相似性，分化生長因子9基因(GDF-9)、促卵泡素基因(FSH)、促黃體素基因(LH)、催乳素受體基因(PRLR)等都對牛羊的繁殖性狀有影響。越來越多的基因被發現與繁殖性狀密切相關，可作為繁殖性狀分子標記的基因越來越多，在育種時可做到早期選擇，節省成本和突破性別的限制，進而成為提高牛羊繁殖性能的新通路，提高牛羊繁殖性能已成為國際牛羊育種繁殖等相關產業的研究熱點。為基因分子水平提高牛羊繁殖性能提供資料，綜述了近年來對牛羊繁殖性狀相關基因的研究進展。

1 牛繁殖性狀的相關基因

1.1 生長分化因子-9基因(GDF-9)

GDF-9是TGF-β超家族中的一員，GDF-9主要通過調節卵丘細胞增殖、分化等生物學過程，對卵泡的發育和卵母細胞的成熟產生調節作用。栗瑞蘭等[1]通過構建GDF-9真核表達載體，用脂質體轉染牛卵丘細胞后可提高牛卵丘細胞擴展相關基因表達量，卵丘細胞擴展基因通過調控卵丘細胞的擴展影響卵母細胞成熟[2]。田蕾等[3]檢測牛GDF-9基因mRNA在懷孕期生殖系統的表達結果表明，牛GDF-9基因在卵巢、輸卵管、子宮、腎臟中均有表達，其中卵巢的表達量最高，其他組織中表達量不高，表明GDF-9或與卵巢等生殖器官發育有關，通過現代生物技術手段或可促進牛卵巢的發育，同時對卵母細胞的成熟也有影響，進而提升母牛的繁殖能力。

1.2 無精子癥樣缺失基因(DAZL)

DAZL是無精子癥基因(DAZ)家族中的重要組成，在進化中具有高度的保守性。在脊椎動物的生殖細胞中特異表達，DAZL基因作為生殖細胞形成過程的必要調控因子，如果發生任何異常變化，例如突變、微缺失以及表達量減少均可阻礙生精過程，導致雄性不育。付永[4]通過實時熒光定量PCR技術檢測黃牛、牦牛和犏牛睪丸組織中Dazl基因mRNA表達結果顯示,Dazl基因在犏牛睪丸組織中表達量最低，可能與犏牛精子發生過程中減數分裂調控作用相關，該發現對研究犏牛雄性不育、牦牛品種改良有重要意義。

1.3 促卵泡素受體基因(FSHR)

促卵泡素(FSH)是由垂體分泌的一種與繁殖相關的激素，有促進卵巢卵泡生長、發育、排卵等作用。FSH通過與靶細胞膜上的受體(FSHR)結合，將生物學信號傳至細胞內發揮作用。游偉等[5]以生長分化因子-9、骨形態發生蛋白-15、FSHβ和促卵泡素受體基因外顯子區為候選基因，證實在牛產雙胎的性狀中，FSHR起主要作用，FSHβ基因通過促進生長分化因子-9和促性腺激素釋放激素釋放起協同作用，這一調節促卵泡素﹑促黃體素﹑孕酮活性機制，可對牛產雙胎的性狀產生影響，可能會提高牛的繁殖率。

1.4 視黃素X受體γ基因(RXRG)

視黃酸在調節細胞分化和組織形態發生變化的過程中發揮主要作用，在上皮細胞的生長、分化，胎兒發育和繁殖等過程中具有重要調節作用，視黃酸通過與視黃素X受體(RXR)結合從而產生多種作用，具有多種效應。RXRG基因作為配體激活的轉錄因子，與應答序列結合調節靶細胞內基因的表達[6-7]。黃萌等[8]以魯西牛有雙胎生產記錄的群體和單胎群體牛為實驗材料，對RXRG基因進行SNP檢測表明，RXRG基因在A1941G具有較高的位點突變率，不同基因型在產單雙胎牛中的分布差異明顯，據此推測RXRG基因可能影響魯西牛多胎性能，此發現可用作輔助標記育種，在牛群體中選擇具有產多胎基因的牛，通過純化擴繁等措施提高牛群的生產性能。

1.5 催乳素受體(PRLR)

催乳素(PRL)是腦垂體分泌的激素，具有重要的生物學功能，在乳腺發育、乳蛋白合成等生理過程都發揮著重要的調控作用。PRL通過與催乳素受體(PRLR)結合發揮作用[9]。結合多胎基因的選擇育種，在產多胎的情況下犢牛的成活率較低，提高哺乳母牛的乳腺發育程度，對提高犢牛成活率有重要作用。宋永利[10]通過研究牛PRLP基因多態性與公牛精液品質的關系發現，PR基因與PRLR基因對公畜精液品質的影響顯著，PR基因的外顯子4和8對精液品質作用明顯，前者影響射精量，后者影響精子密度及凍精活精比例，其中精子密度受到的影響最大；PRLR基因外顯子1和8與精液品質顯著相關，前者影響鮮精頂體完整率，后者影響凍精活力。精子品質是公牛繁殖性狀的重要指標之一，提高精子質量對提高母牛受胎率具有促進作用。

2 羊繁殖性狀的相關基因

2.1 促甲狀腺激素受體(TSHR)

TSHR屬于糖蛋白激素受體，是G蛋白偶聯受體(GPCRs)亞家族A成員之一。TSHR在甲狀腺、綿羊的腦部(如下丘腦、松果體和垂體等)、卵巢和血液中表達。竇立靜等[11]通過多態性研究發現，在綿羊TSHR基因CDS區發現多態性位點，與季節性繁殖羊品種相比，常年發情綿羊品種在基因型和基因頻率分布有差異，G等位基因純合型和G等位基因為常年發情的綿羊品種(多浪羊、小尾寒羊、湖羊)的優勢基因型和優勢等位基因。表明，TSHR基因與綿羊發情的規律性有關，在季節性發情和全年發情品種羊之間存在差異，可通過TSHR基因的調控作用縮短母羊間情期，提高母羊產胎數。

2.2 褪黑素受體1A基因(MTNR1A)

褪黑激素(MEL)在綿羊體內接收外界光信號，轉化釋放化學激素信號，進而起到調節生殖系統周期性活動的重要作用。MEL在體內與受體MTNR結合發揮其生理功能[12]。動物體內褪黑激素的特異性受體MTNR可分為3種類型，分別為MTNR1A、MTNR1B和MTNR1C，目前在哺乳動物中只發現MTNR1A和MTNR1B，且1B型的活性很低，所以推測主要由MTNR1A結合褪黑激素完成生理功能[13]。羊是短日照動物，即隨著秋天短日照的到來而進入生殖期，自然狀態下日照時間是羊發情的重要影響因素之一，在現代養殖業中可通過控制光照時間及分子生物技術提高羊MTNR1A基因的表達或按生產需要控制羊群發情。王世銀等[14]采用RT-PCR對發情盛期阿勒泰羊不同組織中的MTNRlA基因表達情況進行檢測，并以qPCR測定分析不同時期(乏情期、發情初期等)阿勒泰羊下丘腦MTNR1A基因的表達變化情況表明，MRNT1A基因的表達量在不同季節有顯著差異，秋季發情時期羊下丘腦的表達量較夏季乏情時期顯著增高，但在發情前期等其他時期的表達量并沒有明顯的差異。可見，在阿勒泰羊季節性發情過程中，褪黑素與受體結合共同發揮著重要的調節作用。

2.3 促性腺激素釋放激素(GnRHR)

GnRH是一種由腦組織分泌的神經激素，作為重要調節因子通過反應機制下丘腦-垂體-性腺軸產生作用。與特異性受體(GnRHR)結合，繼而引起垂體分泌生長繁殖相關激素(LH和FSH)，進而促進性腺的發育、成熟和動物的繁殖力。馬曉麗等[15]發現,該基因在嶗山奶山羊中存在多態位點，且通過關聯分析發現與經產母羊存在顯著關聯性。因此，GnRHR基因可能是影響嶗山奶山羊產羔性能的一個潛在的有效分子標記。黃楊河等[16]通過檢測GnRHR基因單核苷酸多態性發現，在山羊GnRHR基因第1外顯子154位上的G-A單堿基突變可能有調節山羊繁殖性能的作用，可能影響山羊的繁殖率。綜上，GnRHR基因與山羊的繁殖能力有密切關系，可作為候選基因參與分子標記輔助選擇以促進山羊育種工作。

2.4 骨形態發生蛋白15(BMP15)

BMP15屬于TGFβ超家族的一種生長因子，在下丘腦與卵巢中表達，但下丘腦的表達量不高，MBP15通過增加顆粒細胞有絲分裂程度，降低顆粒細胞中促卵泡素受體的表達量，從而調節顆粒細胞的增殖和分化，在雌性哺乳動物繁殖過程中起著重要的調節作用。董新龍等[17]發現,BMP15在高排卵率小尾寒羊中表達水平最低，預示著BMP15表達水平能夠影響母羊生殖過程中某些關鍵因子的作用,從而調控綿羊排卵數和產羔數,并且表達量與產羔數呈負相關。綜上推測此基因可能與羊的排卵產羔數呈負相關，但也可能存在品種特異性。劉世佳等[18]分析綿羊BMP15基因與產羔數的相關性發現，BMP15 mRNA在國內多羔品種湖羊母羊各組織均有表達,且卵巢組織表達量顯著高于其他組織。關于BMP15基因的研究還有待深入，在不同品種羊的組織表達量與繁殖可能存在不同關系。

2.5 骨形態發生蛋白受體1B(BMPR1B)

骨形態發生蛋白受體1B(BMPR1B)是一種重要的跨膜受體蛋白，廣泛存在于機體各種組織中,但主要在卵巢中表達。湯繼順等[19]研究發現,BMPR1B在綿羊黃體期卵巢中均高表達，而在小尾寒羊卵巢中高表達量可能與產羔數呈正相關。郭慧慧等[20]通過研究發現，杜寒綿羊群體中攜帶 FecB突變，這種突變使BMPR1B基因的第249位氨基酸由谷氨酰胺變成了精氨酸，該位點的等位基因G與杜寒綿羊高產羔數呈極顯著正相關。綜上，BMPR1B在小尾寒羊與杜寒綿羊中對提高產羔數存在促進作用，可作為分子標記對羊進行輔助育種。

3 小結

牛羊的繁殖性狀受多種基因影響，不同基因的作用對象不同。在牛的繁殖性能方面，GDF-9能促進卵丘細胞擴散相關基因的表達以及對卵丘細胞有促進增殖的作用[2]，卵丘對于卵母細胞成熟有極其重要的作用，卵丘擴展影響卵母細胞成熟；在犏牛發育過程中睪丸組織中檢測不到DAZL基因表達信號，且犏牛睪丸組織切片表現出DAZL基因缺失的典型精子發生障礙表型[21]，DAZL基因可作為犏牛不育的候選基因；FSHR基因的突變類型在產雙胎的牛中覆蓋率高于單胎牛[22]，可能提高生雙胎的幾率﹑提高牛的繁殖率；RXRG基因本身在肌肉中表達，發生突變后在單雙胎牛分布差異顯著[8]，可能是影響魯西牛多胎性能的基因，表明相同基因在不同表達情況中發揮的作用不同；PR基因與PRLP基因對公牛精子的密度、活力等品質有明顯影響[10]，從而影響牛的繁殖性能。

在羊的繁殖性能方面，TSHR基因在常年發情與季節性發情品種羊的表達量存在差異，該基因可用于遺傳改良,從遺傳本質上突破繁殖季節性束縛,實現常年發情或延長繁殖季節；在阿勒泰羊季節性發情與褪黑激素與受體的親和性有關，在夏季轉秋季過程中褪黑素分泌時間、數量增加，與受體的親和性增加，綿羊表現出發情，秋季末褪黑素與受體親和力下降而產生不應性，而后日照時間增長褪黑素分泌受抑制，綿羊表現出乏情；GnRH分泌的增加以及垂體GnRHR濃度的升高促進了哺乳動物排卵的發生；BMP15基因在多羔品種湖羊母羊卵巢表達量高于其他組織，但在高排卵率小尾寒羊中表達水平最低，可能存在品種特異性，在不同品種綿羊中不同的突變類型對繁殖性狀的影響不同；BMPRlB基因在調控成骨分化、細胞擴散以及卵巢卵泡發育等過程中起重要作用[23]，影響卵泡發育與排卵，可作為增加排卵率的主效基因。

4 展望

隨著分子生物技術的高速發展，研究牛羊繁殖性狀相關基因，通過分子生物技術調整其在牛羊體內的表達情況被認為是提高牛羊繁殖性狀的有效途徑之一。但牛羊繁殖性狀想要獲得更大的提高仍存在很多問題，遺傳作為主要因素之一從根本上影響個體的繁殖性能。一方面，不同品種的牛羊在繁殖性狀方面各具優點，保護種質資源，提高原種的特有品質是遺傳育種的基礎，具有優良的遺傳資源才能獲得更多育種方面的選擇；另一方面，多種繁殖性狀候選基因間是否存在互作，能否出現協同作用使育種工作事半功倍將是遺傳育種的研究熱點，而目前還有很多相關基因仍需要繼續深入研究，對中國牛羊業的可持續發展將具有十分重要的科學意義和巨大的潛在經濟效益。