猪产仔数性状主效基因及其后选基因的研究

      1 前言

      家畜育种学的理论基础是数量遗传学，传统的数量遗传学是建立在微效多基因假说基础之上，依据此假说，数量性状的遗传变异是由许多基因的共同作用所引起的。每个基因的作用一般都很小，再加上环境效应，我们不能对基因单独进行分析，只能将所有基因作为一个整体来考虑，这种假说在长期的育种实践中为动物的遗传改良作出了重要贡献，但不可否认这种假说并没有完全揭示数量性状的遗传本质。近年来对动物经济性状多基因构成的遗传剖分研究已成为遗传学研究的热点之一。在猪的高繁殖力特性研究中，产仔数这一重要经济性状是养猪业研究的热点之一，因该性状属于低遗传力数量性状，常规育种所获得的遗传进展甚微。现已证明，与产仔数有显著或较显著关联的基因有：雌激素受体（Estrogen Receptor，ESR）基因、促卵泡素?亚基（FSH?）基因、视黄酸受体γ基因（Retinoic acid receptor-gamma，RARG）和视黄醇结合蛋白4基因（Retinol-binding protein 4，RBP4）、催乳素受体（PRLR）基因，Osteopontin（OPN）基因、褪黑素受体IA（MTNRIA）基因。

      2 猪产仔数主效基因

      自20世纪70年代以来，人们在经过长期选择的群体中陆续发现了一些对数量性状有明显作用的仍然处于分离状态的单个基因，如影响猪瘦肉率和肉质的氟烷（Halothane）基因（Simith and Bampton，1977；webb et al，1982），影响羊产羔数的Booroola基因（Piper and Bindon，1982）等，人们将这些基因称为主效基因。主效是相对于微效而言的，指能对数量性状产生较大影响的基因，也就是说他们并不能决定数量性状的所有变异。一般认为一个基因的效应（两种纯合基因型的基因型值之差）达到0.5～1.0表型标准差时，可将其看作主效基因。在猪的高繁殖力特性研究中，目前已证实ESR和FSHβ是两个可能影响产仔数1～1.5头的主效基因。

      2.1 雌激素受体（Esteogen Receptor，ESR）基因 雌激素（ES）的生物学作用与ESR密切相关，ES的作用必须通过ESR来介导，ES与ESR相作用原理属于类固醇激素受体作用机理。Kumar等（1987）研究表明，ESR的ES区是ES与受体的结合区，具有重要功能，该区的遗传变异影响ES的活性，进而影响动物的繁殖机能。大量研究表明，ESR是配体激活转录因子家族中的一种核酸受体，起转录调控蛋白质的功能，影响ES基因在雌性脊椎动物组织中的表达与调控，结合了配体的ESR与特定的DNA序列，如ES应答元件（Estrogen Response elements，ERES） 相互作用可以改变雌激素基因的转录，从而影响雌性的第二性征、繁殖周期、生殖力、妊娠维持等，在胚胎的生长发育中起重要作用。另外，有人提出假说，猪ESR基因对产仔数的重要作用可能是因其对胚胎存活率有重要影响的结果。

      Rothschild等（1994）通过侯选基因法证明猪ESR基因是控制猪产仔性状的一个主效基因。Southwood等（1995）发现ESR基因位点造成的遗传方差大约是总产仔数方差的10%，支持了Routhschild的研究结果。Routhschild等（1994，1996）用含50%梅山血的两个合成系涉及50个全同胞家系161头母猪为材料，对ESR基因进行RFLP分析发现PvuⅡ酶切位点的一个有利基因B与高初生窝仔数相关联。纯合子BB母猪第一胎产仔数和产活仔数都比纯合AA母猪多2.3 头（p<0.01），所有胎次多1.5头（p<0.01），该基因对总产仔数和活产仔数的加性效应分别为0.65和0.70，显性效应分别为0.85和0.30，显性度为1.31和0.43。后在PIC合成系（含大白血）发现BB比 AA母猪产仔数和产活仔数第一胎高1.2头，所有胎高0.9头。Routhschild实验室还构建了1号染色体ESR附近微卫星标记连锁图，将猪ESR基因定位于1p24-p25区，并通过比较定位法加入了超氧化歧化酶（SOD2）基因（功能基因），结果得到下面多点连锁图：Sw552-[8.3cM]-Swr485-[3.2cM] -ESR-[2.9cM]-SOD2-[2.9cM]-Sw137-[2.6cM]-Sw64-[25.4cM]-S0008。ESR两侧的标记是Swr485和SOD2（Routhschild等1996）。陈克飞等（2000）采用PCR-RFLPS 方法，通过对5个不同品种262头母猪进行基因多态性分析，结果表明，ESR基因在这些种群中对产仔数均有极显著影响（P<0.01），ESR位点BB基因型母猪与AA基因型母猪相比，每胎总产仔数平均多1.40～3.37头，每胎产活仔数多0.63～3.58头，这与1998年美国IOVA州立大学研究组对这个基因的报道结果（ESR基因控制约0.44～1.15头产活仔数/胎）相一致。张淑君等（2000）用PCR-RFLPS方法分析了长大、二花脸和大白猪ESR基因的PRLR，并分析了多态性与母猪产仔性能和仔猪生长性能的相关性，结果表明，ESR基因的PvuⅡ位点在2个品种和长大母猪中存在多态性，且对产仔数的影响趋势是：BB >AB>AA，但该位点对母猪乳头数、仔猪生长性能不产生显著的影响。

      大量的研究结果表明，ESR基因与猪产仔数显著相关，但与生长发育性状和胴体性状之间没有负的基因效应性影响，这使得利用ESR基因同时改良猪的繁殖性状、生长发育性状和胴体性状是可能的。

      2.2 猪卵泡刺激素β（FSHβ）亚基基因 猪卵泡刺激素（FSH）是一种由垂体前叶分泌的糖蛋白，它与性腺靶细胞相结合，经过次级信使Ca2+及CAMP引起一系列生物反应，促使颗粒细胞增生，内膜细胞分化及卵泡液的分泌，并诱导LH，PRL的受体及芳香化酶的生成，刺激雌二醇的合成与释放，从而协调调控配子细胞的发育与成熟。1997年，中国农业大学发表卵泡刺激素β亚基（FSHβ）基因与猪产仔数的主控基因连锁，随后的研究结果表明，FSHβ基因本身就是猪产仔数的主效基因。FSHβ亚基基因已定位于猪的2号染色体上。

      Hirai等人（1998）克隆了FSHβ全基因，得到分别为3.5kb和3kb的两条杂交带。赵要风等人（1998）通过PCR 对猪FSHβ亚基基因结构区的插入片段进行了精确定位，并对插入片段进行了克隆及序列测定，发现该插入片段位于猪FSHβ亚基基因已发表序列，并位于一个+809和+810碱基之间，其长度为292bp，两端具有相同序列且具有一个多聚A结构，为一典型的逆转座子结构（retroposon）。并成功创建了PCR程序，对几种猪种的个体进行了FSHβ亚基基因位点的基因分型，分析了FSHβ亚基基因作为控制猪产仔数主效基因的侯选基因与猪产仔数进行了连锁分析，首先证明FSHβ亚基基因座位在约克夏、长白、杜洛克等商业猪种中与控制猪产仔数的主效基因紧密连锁。优势基因型BB纯合子比AA型纯合子母猪平均每胎多产仔1.5头。朱猛进、钱云等（2000）用PCR-SSCP法对152头姜曲海猪的FSHβ亚基基因进行分析，分析了AA、AB和BB三个不同基因型母猪的乳头数差异，结果发现FSHβ亚基基因对母猪乳头数有显著效应。柳淑芳等（2002）用PCR扩增分析了中国华北型优良地方猪种莱芜黑猪和产仔数与其差异较大的大约克夏，以及它们的杂交后代大莱猪在FSHβ亚基基因结构区的多态性，通过测序发现莱芜猪在该区存在插入突变，插入片段长度为275bp，位于已发表的猪FSHβ亚基基因全序列的+809和+810碱基之间。插入片段中存在一个RNA聚合酶Ⅲ启动子及AIUI内切酶识别位点，末端有17个腺苷酸的多聚A，所以该片段可能为AIU成分。对FSHβ亚基基因插入片段进行BamHI多态性分析，发现本研究所检测样品中不存在BamHI多态性，把FSHβ亚基基因作为控制猪产仔数主效基因的侯选基因与产仔数进行连锁分析，证明FSHβ基因座位在莱芜猪与太湖猪插入序列的主要差异是末端的多聚A长短不同，故推测该插入片段末端的多聚A结构亦可能影响猪的产仔数。张淑君等（2002）分析了FSHβ亚基基因2个位点（FSHβA，FSHβB）的PCR-SSCP，PCR-RFLPS多态性，利用SASS软件分析了多态性与猪产仔数间连续关系，找到了一个影响产仔数的性的变异位点FSHβB。该位点多态性显著地影响猪产仔数性状，即基因型BB的产仔数显著地高于AB型，AB型又优于AA基因型，对母猪乳头数和仔猪生长性状不产生不良影响，结果显示出该位点具有作为常规选育的辅助选择的有效分子标记潜力，FSHβA位点只存在一种基因型（AA）没有多态出现。

      目前，国内外一些育种单位开始进行应用ESR、FSHβ亚基基因辅助选择提高产仔数的研究，这些研究结果也正应用于“中国超级白太湖猪培育计划”之中。

3 侯选基因

      侯选基因是已知在性状的发育和生理过程中具有某种生物学功能并经过测序的基因，可以是结构基因，或者是在调控或生化路径中影响性状表达的基因。侯选基因的选择主要依据所掌握的生物学或生理学知识。

      3.1 视黄酸受体γ基因和视黄醇结合蛋白4基因 视黄酸受体γ（retinoic acid receptor-gamma，RARG）基因在猪妊娠的关键时期表达。Messer等（1996a）通过RFLP分析将RARG基因定位到猪5号染色体上。Messer等（1996b）在梅山×大白猪以及欧洲野公猪×大白猪的6个三世代参考家系中利用RFLP 分析将视黄醇结合蛋白4（retinoi-binding protein 4，RBP4）基因定位到猪14号染色体上。Messer等（1996c）把RARG和RBP4基因作为猪窝产仔数的2个侯选基因来加以研究，为了研究这2个基因对窝产仔数的遗传效应，确定了法国2个大白猪品系在这2个基因位点上的基因型。第一个品系由法国超高产仔大白猪（LWH）组成（32头母猪，216窝记录），第二个品系由法国对照大白猪（LW）组成（27头母猪，242窝记录）。窝产仔数的等位替代效应从表型标准差的5%变化到17%，这些最初数据表明RARG和RBP4的等位基因解释了猪较高的窝产仔数，每窝增加0.21头猪，在LW中是每窝增加0.14头猪；RBP4在LWH中是每窝增加0.52头猪。

      3.2 催乳素受体（Prolactin receptor，PRLR）基因 催乳素是繁殖成功所必需的垂体前叶肽类激素，其功能受到催乳素受体的调控，在几种哺乳动物包括脑、卵巢、胎盘和子宫在内的各种组织中检测到他的受体。猪黄体细胞中PRLR数目在妊娠期间增加。Vincent（1998）将PRLR基因作为由大白猪（两个来源不同）、长白猪、杜洛克猪、大白猪/梅山猪来源组成的五个PIC品系窝产仔数性状的一个侯选基因进行了研究，结果表明，这个基因与其中3个品系的总产仔数/活产仔数显著相关（p<0.05）。在纯合基因型之间，效应大小是每窝增加0.66～1头以上的仔猪。Rothschild等（1998）报道，在几个物种之间保守的PRLR基因一区域内所包含的一个氨基酸残基在猪中发生了变化，这一突变与猪窝产仔数相关联。PRLR已定位于猪16号染色体上（Vincent等，1997）。

      3.3 Osteopntin（OPN）基因 Ellegren等（1993）利用RFLP资料通过连锁分析将OPN基因定位到猪8号染色体上。Van der steen等（1997）对梅山猪3个合成系的数据进行了分析，结果表明OPN基因型影响总产仔数和活产仔数（p<0.01）。Southwood等（1998）评估了OPN位点与梅山猪3个合成系以及白猪品系的窝产仔数的关系，结果表明OPN位点上13个等位基因有5个与白猪品系或梅山猪合成系的窝产仔数显著相关（p<0.10），其中OPN等位基因1对梅山猪合成系窝产仔数有不利影响，等位基因2、4、6、9则有有利影响，等位基因9对白猪品系窝产仔数具有不利影响。OPN的基因效应不受ESR制约，是独立于ESR标记的，因此可同时选择OPN和ESR两个标记的MAS来增加猪窝产仔数的遗传效应。我国台湾学者liaw等（1999）使用微卫星标记和PCR确定了596头母猪OPN基因型，研究了母猪OPN基因型对新生仔猪存活率的影响，还对同一胎次纯合和杂合母猪的仔猪存活率进行了比较。由 Liaw的研究结果，研究者得出结论： OPN基因可以考虑为提高新生大白猪存活率的一个遗传标记。 3.4 褪黑素受体基因IA基因 褪黑激素是由松果体分泌的一种吲哚类激素，由美国皮肤病学家Lerner于1958年从松果体中首次分离出，并鉴定其化学结构为：N-乙酰-5甲氧基蛋氨酸，其功能受褪黑素受体调控。研究表明，褪黑激素对生殖系统功能的影响因动物种类、生理状况，不同季节而表现出促进式抑制作用或无作用的多重性（何兰花，2002）。关于褪黑色素对家禽的影响研究较少。在哺乳动物的研究中发现，通过褪黑色素浓度的变化节律的调节可提高哺乳母猪的哺乳期繁殖效率。Routhschild等（1998）研究表明，褪黑素受体基因对窝产仔数有较显著影响，可作为猪产仔数的一个侯选基因。 4 猪产仔数的其他侯选基因

      目前用作猪窝产仔数的侯选基因还有促性腺激素释放激素（GnRH）及其受体（GnRHR）基因、促卵泡素（FSH）及其受体（FSHR）基因、促黄体素（LH）及其受体（LHR）基因、抑制素基因、激活素基因等（储明星，2001）。杜立新等人（1999）在山东省对引进猪及其杂交后代各群体中基因的分布及其对生产性能的遗传效应的研究中发现，RYRI基因显著降低繁殖母猪的产活仔数。此外有关猪排卵率、子宫长度等与产仔数有关的性状的QTL也有报道。

5 存在问题及展望未来

      在短时期内，利用表型信息进行杂交选育，利用尽可能多的信息，可能获得更多的遗传进展，但对长期选择而言，由于对QTL施加选择会造成微效基因的丢失，造成遗传资源不可恢复的损失。寻找窝产仔数基因的任务是艰巨的，无论是在经典和数量遗传分析方面，还是在分子水平上DNA多态性分析方面，我们都面临着大量的艰苦探索工作。分子育种技术已成为二十一世纪家畜遗传改良最有效的手段之一。1993年以来，中国农业大学已经开始了利用DNA标记技术定位猪经济性状基因的研究，并取得了一些成果，特别是对猪产仔数和早期生长基因的分子遗传学研究有了突破性进展。产仔数是低遗传力性状，在发现产仔数遗传标记之后，通过MAS可将提高产仔数基因迅速固定下来和进行引入杂交，将有利基因整合到本来不存在该基因的商品母系中，从而使窝产仔数的优点与其他有价值的遗传特性平衡，再结合MAI，可能培育出几个优良性能（如产仔数多、生长快、背膘厚）结合于一身的新的母本群体，从而提高养猪的经济效益和社会效益。
  

来源：不详