第28卷第3期 2 0 0 2年5月 黄牛杂志 ournal of Yellow Cattie Sc ence Vo1.28 No.3 Mav 2002 {r 圣 笺鎏≯ 文章编号 1001 91 1 l(2002)03 0024—04 牛羊多胎性状的分子标记研究 雷雪芹 ,陈宏 ,徐廷生 ,袁志发 (1西北农林科技大学动物科技学院,陕西省农业分子生物学重点实验室,陕西杨凌712100; 2.洛阳农业高等专科学校,河南洛阳.471003) 摘要:本文综述了近年来对牛、羊多胎性状研究的最新成果。在绵羊上,研究发现了Booroola 绵羊的多胎基因(Fec 基因)并定位于第6号染色体上,也已发现了一些与Fec 基因相连锁的 分子遗传标记。在牛上,初步研究发现,FSHR基因5 端B型等位基因可能对牛的产犊性能有提 高作用。 关键词:多胎性状;分子标记;数量性状座位(QTL) 中国分类号:¥823 2 文献标识码:A 繁殖性状是重要的经济性状之一,其中产仔性 能是影响生产效率的最主要因素,受多基因控制,具 有加性一显性基因作用模式,其遗传力很低,猪的为 0.1,牛的群体双胎遗传力和排卵遗传力分别为0 03 和0.07口~ 。而绵羊双羔的遗传力为0.126。因此. 对该性状进行人工选择进展缓慢 但随着DNA分 子标记技术的快速发展与应用,对该性状的标记辅 助选择(Marker assisted selection,MAS)已取得了 Booroola)遗传.并已定位0’ ] 1.1蛋白多态标记研究 Dratch等研究表明,在Booroola×罗姆尼母羊 中,血红蛋白B等位基因与Fec 携带者、血红蛋白 A等位基因与非携带者之问存在相关;在非 Booroola羊群中,排卵数与血红蛋白类型之问没有 关系 但血红蛋白B等位基因与Fec 基因位点连锁 (Montgomery等;Tate等)。Tate等在半同胞家系 较大进展 如研究发现了与猪高仔数有关的几个主 基因(major gene),确定了与产仔数有关的一些数 量性状座位(QTI ),发现了Boorola绵羊的多胎基 因(Fec ),并定位在第8号染色体上,还进行了大量 中检查了绵羊中具有多态性的18种蛋白质,遗传连 锁分析表明都不与Fec 基因位点连锁 ]。 1.2多胎基因的发现与定位 1.2.1多胎基因的发现Bindon等对多胎母羊排卵 数的调查表明,Booroola羊的平均排卵数为4.65, 的分子标记研究;牛方面的研究相对少一些 本文主 要综述了牛、羊多胎方面的研究概况。 极显著地高于平均排卵数为1.62的普通美利奴羊 (尸<0.01): 。 ~l绵羊多胎的分子标记与QTL定位 世界上许多绵羊品种存在多胎性,如Booroola Piper等进一步研究后提出,控制Booroola羊 多胎主基因的遗传效应表现比普通绵羊多排1.2个 羊、剑桥羊、芬兰羊、罗曼诺夫以及我国的湖羊和小 尾寒羊等,其中对大部分品种的多胎机制研究的报 道不多。澳大利亚和新西兰对Booroo[a羊的多胎遗 传机制进行了一系列深人研究,结果发现其高的繁 殖力属单基因fFec“基因,Fec=fecundity.B— 卵,以加性方式发生作用,效应的大小近似于2.5倍 的表型标准差 ]。1989年.该基因被绵、山羊遗传命 名委员会正式定名为Fee 基因。Montgomery等认 为.Fec 基因是由正常基因发生突变(碱基的重复 或缺失)所造成的[6 它对排卵数呈加性效应,对产 收稿日期ZOO2 02 08 项目来源:国家自然科学基金(300705511,中华农业科教基金(99 03 A 5).杨凄示范区专项基盎(g9KGS)和杨凌生物技 术育种工程技术研究中心基金资助(1999—6). 作者简介:雷雪芹.女(1 962--),副教授,在读博士,主要从事动物遗传育种的教学与科研工作 维普资讯 http://www.cqvip.com
第8期 雷雪芹等:牛羊多胎性状的分子标记研究 羔数呈部分显性效应,1个拷贝的Fee 基因增加排 卵数1 3~1.6个,增加产羔数0.9~1 2个 2个拷 贝增加排卵数2.7~3.0个,增加产羔数1.1~1.7 个。 1.2.2多胎基因的定位 1)候选基因与FeeB基因的QTL鉴于Fee 基因 的主要遗传效应是增加排卵数,因此,对与排卵有关 的FSH和LH抑制素及促性腺激素释放激素 (GnRH)等基因作为候选基因进行了大量的研究。 McNatty等(1987)研究表明,BB个体(BB代表基 因型Fec Fec ,相应地,B+代表Fec Fec ,++代 表FecB FecB 下同)的血浆FSH浓度极显著地 高于++(P<0.01),B+介于两者之间。而且,对切 断下丘脑一垂体柄(HPD)或切除卵巢后的母羊用 等量外源GnRH处理后这种差异仍然存在[ ,说明 这种差异来自垂体。另外,GnRH对垂体促性腺激素 的释放具有特异性,与甲状腺刺激素和生长激素无 关[8]。杂交分析表明,两者FSH mRNA的大小、数 目和含量无显著差异 ] 因此,BB个体血浆FSH高 浓度的原因在于垂体细胞分泌FSH的能力超过+ +。利用牛FSHa亚基和0亚基的eDNA作为探针, 结合参考家系进行连锁分析表明,FSHa、FsH口基因 与Fee 基因不存在连锁关系(Lod分别为一3.22和 一2.81);并且,FSHa和FSHi9基因型之间在排卵数 上无显著差异(P>0.05)(Montgomery等,1992)。 这说明,Fec 基因不是发生在FsH 和FSH口基因 内的突变基因 也不与之连锁 它对FSH的影响可 能是间接的,作用于FSH的合成、加工、贮存、释放 及代谢等,调节FSH的浓度。与FSH相比,尽管LH 峰值BB>B+>++,但没有显著差异 一。Mont— gomery等(1 995)的研究表明,GnRH受体基因位于 6号染色体,与Fec 基因在同一条染色体,但两者 不在一个基因位点,GnRH位于Fec“基因的外 侧口 。对不同绵羊抑制素的研究表明,Booroola母 羊抑制素的浓度显著低于普通美刺奴羊 。”],Hien dleder等(1 996)研究鉴定出抑制素a、B^和 基因 INHA、INHBA和INHBB的4、2和2个TaqⅡ等 位基因,其中INHBA等位基因A的基因频率与每 胎均产羔数呈正相关。利用原位杂交技术将INHA、 INHBA和INHBB基因分别定位于绵羊的2q“_‘ 、 4q 和2q 。,而Fec 基因定位于6号染色体[1】], 排除了抑制索基因作为Fee 基因突变位点的可能 性及连锁关系。 2)分子标记与Fec 基因的QTL 绵羊总基因组大 小约为3000cM,6号染色体代表的相对长度被估计 为4.31 。Montgomery等首先发现Fec 基因与人 染色体HSA4q上一些随机微卫星和RFLP标记连 锁l1 。微卫星标记OarAE101和OarHH55与Fee 连锁,最大lod分数分别为l7.33和9.38,距离分别 为13cM和20cM;对Fec 基因、已知基因的RFLP 及微卫星标记三者之间的连锁分析表明,在人染色 体定位于HSA4q11~q21的SPP1(secreted phos. phoprotein 1)基因的一个RFLP标记与FecB基因 连锁,也与Oarl01和OarHH55紧密连锁。Mont gomery等(I 994)通过对Booroola羊半同胞家系和 1 7个2代或3代的全同胞家系进行的连锁分析表 明,PDCFRA(血小板衍生生长因子受体a基因)与 CSN1S1(asl酪蛋白基因)连锁,两者相距12cM; PDCFRA亦与BM143及OarHH55连锁,距离分别 为29cM和38cM;BM143与Fec 基因连锁,最大 lod分数为6.47,距离为20eM。BM143还与 OarAE101和OarHH55连锁,距离分别为9cM和 5cM。Montgomery等利用包含t1易位(6号染色体 和24号染色体)的绵羊~仓鼠杂交细胞,分别将 PDCFRA、SPP1和EGF基因定位于6号染色 体【 ]。Lord等=16 进一步将Fec 基因定位于6号染 色体的BM1329和Oarl01之间10cM连锁群中。 2牛双胎的分子遗传学研究 2.1牛双胎的遗传基础 研究认为牛的双胎率是可以遗传的。对挪威牛 的研究(Syrstad;Karlsen)发现第1胎的双胎遗传力 为0.006 到第2、第5胎增加到0.04,第1胎和第2 胎积胎率之问的遗传相关是0.9883l1’。 一。Vleek和 Gregory对由双胎牛组建的牛群的遗传参数估计如 下:双胎的遗传力是0.03,排卵率的遗传力是0.07, 二者的遗传相关是1、O0。由于双胎的遗传力很低, 一般认为利用遗传选择法提高牛的双胎率很难,如 Neals经数十年选择双胎率只提高了0.9 ,但 Morris对有双胎生育史的牛进行选择,6年双胎率 提高9.5 。Vleck(1996)经11年选育,使双胎率由 3.2 提高到28.5 ,其试验群体中的第一代牛产 生双胎的频率3倍于未选择的牛群。由此可见,通过 选择提高牛的双胎率是可行的。 2.2牛双胎的分子标记研究 虽然Alain Hould等早已将FSH的eDNA全 序列进行了分析,但用作候选基因对牛的产犊性状 予以分析的报道较少 魏伍川(2000)研究认为,西门 塔尔积胎牛FSHR基因的+141 5一+2085位点的 编码基因序列与随机母牛的序列完全一致。但对 维普资讯 http://www.cqvip.com
26 黄牛杂志 第28卷 FSHR基因5’端进行多态性研究,Taq I酶切发现2 种等位基因A、B和3种基因型AA、BB和AB。B等 位基因频率在中国西门塔尔牛双胎母牛、种用公牛 和延边牛群体中显著较高,分别为0.5909、0.541 7、 和0.4667;在中国西门塔尔牛随机群体为o.3182, 在南阳牛为0.0357。中国西门塔尔牛双胎母牛、种 用公牛和延边牛的基因型频率以AB杂合型占优 势,分别为0.818l、0.91 67和0.5333,而南阳牛的 基因型频率以AA型占优势,为0+9268。并认为等位 基因A、B在中国西门塔尔牛3个不同类群及延边 牛、中国西门塔尔牛和南阳牛3个不同品种间频率 分布的显著性差异及特征表明等位基因B可能对 牛的繁殖、产犊性能有提高作用[193。 3问题与展望 在畜牧业生产中,提高家畜的繁殖力是获取较 高经济效益的重要途径,所以在这方面的研究投入 的人力和物力都较多。对于多胎家畜(如猪和绵羊), 其主要目标就是如何维持其高的产仔数和高的仔畜 成括率,利用高排卵数品种去改良繁殖率低的品种。 而对于单胎家畜(如牛),则主要是通过一些行之有 效的实践技术(如遗传选择、激素诱导、激素免疫、胚 胎移植等)提高双胎率。由于传统的方法都存在遗传 选择进展慢、手段烦琐、成本高等一系列问题,所以 人们期望能借助先进的分子生物技术手段来达到家 畜的高效快速繁殖,实现畜牧业生产效益的提高。当 然是问题与希望并存。 3.1数量性状基因的发掘及利用与人们的要求仍 存在较大距离 分子标记育种在前期的研究中投入较大,大多 停留在对单个基因的针对性研究。就繁殖性能来说, 涉及到的QTL或候选基因应有一定的数量,单独 用某个基因不可能完全解释该性状发生的机理,况 且性状间、不同性状QTL间、同性状不同QTL间 关系复杂,常存在互作与拮抗,而目前所定位的 QTL区间较宽,一般只是识别了QTL标记,离实际 鉴别QTL本身相距甚远。另外,QTL定位分析的统 计模型和方法仍有不足之处。因此分子标记育种应 对一些候选基因综合考虑,在研究的技术线路上应 实行统计学、生物化学、分子生物学的多学科联合。 尽管遗传标记的研究与应用之间存在一定距离,但 候选基因法与QTL定位的应用,因其方便、高效、 可统计分析及费用低等优点,将为家畜繁殖性能的 提高带来广阔的应用前景。 3.2 Fee 基因作用机制有待深入研究 Fec 基因虽已定位,但在染色体上的确切位置 和它通过何种方式作用于卵泡导致排卵数增加以及 它影响胚胎的重量和发育过程等方面的作用机制目 前仍不明确。只知道FecB基因对胚胎及性腺发育 的影响大多是间接的,它对胚胎发育的直接效应仍 需进一步探讨。随着卵泡发育及排卵机制的进一步 阐明和绵羊基因图谱研究不断取得进展,对Fec 基 因的研究将不断出现新的突破,其利用也将更加深 入广泛。 3.3加快牛双胎分子遗传研究 人们为了提高牛的双胎率进行了大量的研究与 探索,取得了卓有成效的成就,为提高牛的繁殖率、 降低成本、增加经济效益提供了一些相应的措施。当 然,任何一种方法的建立都有其局限性和缺点。对于 双胎率,通过遗传选择,速度较慢;用激素诱导和激 素免疫法,较简单易行,但效果不稳定;胚胎移植成 功率较高,但成本较高,技术水平要求高。因此,除上 述的措施外,可在其分子遗传研究方面进行努力,可 望将来有一种方法能像人工授精一样成为非常成熟 而又普及的生产技术,有效的提高牛的双胎率。如遗 传标记辅助选择并结合遗传的表型选择,主要是把 FSHR、ESR基因及抑制素受体基因作为候选基因 进行其多态性与产仔数之问的关系研究,同时也可 进行微卫星标记等研究,一旦找到牛双胎的合适遗 传标记,就可以加快选择进展,使双胎牛群的建立变 得更为容易。如果能把Booroola绵羊的Fee。基因 克隆与分离,将其中某一段起关键作用的DNA片 段转入单胎动物体内,也可能使繁殖率问题得到根 本解决。但目前动物转基因的成功率还很低,花费很 高,然而一旦成功即可快速繁殖。因此克隆技术和转 基因技术也给人们提高家畜产仔性状展示了美好的 应用前景 参考文献; [1]Gregory K E.S E Echternkamp,G E Dickerson,L V Cundff.Twinning in cattle:1.Foundat ̄n animals and genetic and environmental effects on twinning rate _】].J Aniat Sci,1990,68:1 867—1 876. [2] Gregory K Et S E Eehternkamp t G E Dickerson Twinning in cattle:Ⅱ.Effects of twinning on dystoci a reproductive traits calf survivo r,calf growth and COW pr。ductivhy口].J Aniat Sc L,1 990,68;3 133—3 l44. [33储明星.BooroolaFecB基因的遗传标记研究进展[J], 国外畜牧科技,g001,28(20):37—4o. 维普资讯 http://www.cqvip.com
第3期 雷雪芹等:牛羊多胎性状的分子标记研究 27 [4]Bindon.B M,et at.In j Genetics of Reproduction in tion in Sheep[A].Eds,J—M Etsen,L.Bodin&J. ThimonierrC’.Insfitute Nationale de】a Recherche. Agronomique,Paris.1 991:105—124. sheep[A](eds.R B Land and D W Robinson)[c]. Butterworths.Lodon.1985.217—235. [5]Piper L R.et at.In:Genetics of Reprductoion in sheep[A (eds R B Land and D W Robinson)[c]. Butterwortha,Ilodon,l985.11 5—125. [12] Cummins,L J,et a1.Ovarian inhibin content and sensitivity to inhibin in Booroo]a and control strain Merino ewes[J].J.Repro.Fert.1983,87:1—7. [133 Montgomery G W,et a1.The Booroola fecundity [6]Montgomery G W.et a1.Genes encoding the and B chains of follicle——stimulation bormone are not site (FecB)gene maps to sheep chromosome 6[J].Ge nomics,1994,22:148—153. for the Boomola(FecB)mutation in sheep[J].J Re— pro Fert,1992,95・895——901. [14] Montgomery G W,Crawford A M,Penty J Mt et a1.The ovine Booroo]a Fecundity gene(FecB)is linked to markers from a region of human chromo— [7] McNatty K P,et a1.Differences in gonadotroph[n concentrations and pituitary resp0nsivene5s to GnRH between Booroola ewes which were homozygous some 4q[J].Nature Genetics,1993t4:4lo一414. [15] KirKatrick B W et at.Identification of quantitative (FF)t Heterozygous(F+)and noD.一carriers(十+) of a major gene influencing their ovutation rate[J].J Repro Fertt 1987,80:577 588. trait loci for prolificacy and growth in mice[J]. Mammatian Genome,1998(9):9O7~920. [8] McNatty K P et af.Plasma concentration of FSH, LH,Thyriod--stimulating hormone and Growth hot— [16] I.ord E A,et aj.IdenI1fLcation of BOoroo/a carriers using microsatellite makers[A].In:6thWCGALP mone after exogenous stimulation with GnRH in Booroola ewes that are hormozygous carrier or non— it].Armidale Nsw Australiat 1998,27:19—22. tad O.Inheritance of multiple birth in c ̄ttle[J]. [17] SyrsLivest Prod.Sci,1984,11:373—380 carriers of FecB gene[J].J Repro Fert t 1994,102: 177 l83. ?一 [18] Karisen A.J Ruane,G K[emetsdaI,and B Helingstad Twinning rate in Norwegian cattle・Fre— quency,(co)variance components,and genetic [9]Fleming J S,et a1.Expression of gonadotrophin sub— unit genes in sheep that were horm0zygous carrier and non--carrier of the Booroola fecundity gene FecB[J]. J Repro Fert,1 995.103:3l5—312. trends.[J]J Aniat Sei,2000,78:15—20. 许尚忠.牛促卵泡素受体基因5 端转录启动 [19] 魏伍川.区的序列分析和多态性研究[A].陈宏权.中国 动物遗传育种研究进展[c].北京:中国农业科技出 版社,2001.45~54 [1O] Montgomery G W.et al The gomadotrophin—re— leasing hormone recepter maps to sheep 6 outside of the region of the FecB locus[J 3 Mammalian Oenome,1995,6(6):436—438. 吴常信.Booroota绵羊多胎基因Fec 的研究 [203 姜运良,进展[J].中国畜牧杂志,1999,35(4):5l一53. [11]McNatty K P,et at.In:Major Gene for Reproduc Advance in Cattle and Sheep Fecundity Traits LEI Xue—qin ~,CHEN Hong ,XU Ting—sheng。,YUAN Zhi—fa (I_College of Ani ̄[Science and Techno&gy,Nort6west a—Tech Uni ̄rsity of Agr@ulture and laboratory of Agricultural Molecular Biology,Yahgling,Shaanxi 712100,China I 2 Luayang H gh Cla* ̄Agricultural School,Luo ̄ng Henan 471003,China) ,Shaanxi Key Abstract:In this article,the novel progresses in fecundity traits of cattle and sheep were reviewed-it was found that fecundity gene(FeeB)of Booroola sheep located in sixth chromosome and several molecular markers linked with FecB gene in sheep.Some primary works proved that B allele of 5’flanking region of FSHR gene probably had some improving effects on bovine twining. Key words:Fecundity traits;Molecular Marker;QTL
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