猪脂肪性状相关基因的研究进展.doc

猪脂肪性状相关基因的研究进展李培培，戈新作者简介：李培培(1982-)，女，山东潍坊人，硕士，研究方向：动物遗传育种与繁殖。E-mail：，电话*通讯作者：戈新(1957-)，男，研究员，长期从事动物生产与繁育工作。E-mail：基金项目：青岛市科技局项目(09-1-3-64-jch)，王建华，张宝珣，江科，曲明祥(青岛市畜牧兽医研究所，青岛266100)摘要：随着人们对猪肉质要求的提高，猪脂肪性状成为研究的热点。本文综述了影响猪脂肪性状的几个候选基因， 即脂肪酸结合蛋白(FABP)基因、脂蛋白脂酶(LPL)基因、激素敏感脂酶(HSL)基因、二酰基甘油酰基转移酶1(DGAT1)基因、解偶联蛋白3(UCP3)基因、肥胖(Ob)基因等的研究进展，以期为改善猪脂肪性状提供参考。关键词：猪；脂肪性状；候选基因随着人民生活水平的提高，对猪的肉质有了更高的要求。脂肪性状是肉质的一项重要指标，是猪肉食用品质的决定因素，直接关系到肉的嫩度、风味和多汁性。影响猪脂肪性状的因素很多，其中遗传因素起决定性作用，随着分子生物学技术的发展，利用候选基因法寻找控制该性状的基因，成为行之有效的方法。候选基因(Candidate gene)，通常是一些已知其生物学功能和序列的基因，它们参与性状的发育过程，这些基因可能是结构基因、调节基因或是在生化代谢途径中影响性状表达的基因。下面就与猪脂肪性状有关的基因的研究进展作扼要概括。1 脂肪酸结合蛋白(Fatty acid-binding protein gene，FABP)基因脂肪酸结合蛋白是一族同源性的小分子细胞内蛋白质，分子量1116 kD，有126134个氨基酸残基，在长链脂肪酸的代谢中起重要作用。在哺乳动物中，有两种FABP基因可以作为脂肪性状的候选基因，即心脏脂肪酸结合蛋白(H-FABP)基因和脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白(A-FABP)基因。1.1 A-FABP基因 猪的A-FABP基因定位于第4号染色体上(Gerbens 等，1998)。Gerbeus等(2001)，在猪A-FABP基因中检测到6个微卫星等位基因，组成10个基因型，含有A6A9座位的个体较其它基因型个体肌内脂肪(IMF)含量高，此座位已被精确定位于4号染色体的65cM处，该座位的多态性与猪的IMF存在显著相关；研究还发现A-FABP 基因的mRNA水平和蛋白质表达水平与IMF含量显著相关，A-FABP各基因型个体之间IMF含量差异显著。1.2 H-FABP基因H-FABP基因具有组织特异性，主要作用是将脂肪酸从细胞膜运送到甘油三酯(Triglyceride，TG)及磷脂合成的部位，使细胞内外保持一定的脂肪酸浓度差，促进细胞摄取脂肪酸(Schaap等，1998)。猪的H-FABP基因定位于6号染色体上，包含1.6kb的上游调节区和0.2kb的3-非翻译区，含有4个外显子和3个内含子。2001年，Gerbens等对153头杂交猪H-FABP基因的mRNA和蛋白质表达水平以及背最长肌中IMF含量进行了测定，分析结果表明： H-FABP基因mRNA的表达水平与IMF含量显著相关。杨文平等(2006)应用PCR-SSCP方法对5个猪种进行了分析，在H-FABP基因内含子1中发现了多态位点，该位点有两个等位基因A和B，序列测定表明变异是由碱基CT的替换造成的。郭瑞等(2007)对H-FABP基因5-上游区测序，在1127bp和1479bp处各发现了1个新的多态性位点。2 脂蛋白酯酶(Lipoprotein Lipase，LPL)基因LPL是一个54kD的糖蛋白，是动物沉淀脂肪的关键酶，作用是向脂肪组织提供合成TG所需的原料，以供各种组织贮存和利用，因此猪的LPL基因可以作为猪脂肪性状的重要候选基因之一。LPL的活性调控：LPL刚从细胞中分泌出来是没有活性的，只有到达毛细血管壁才具有生理活性。LPL在不同的组织中表达量不一样，活性大小不同，对脂质代谢的作用不同。目前普遍认同，白色脂肪组织中LPL的活性升高有助于机体脂质的贮存，而骨骼肌中LPL的活性升高与机体产热有关。LPL在肌肉和骨骼肌组织中分布最多，在脂肪组织中的活性及其在肌肉组织中的相对活性决定了脂肪是储存或是供能。猪的LPL基因定位在14号染色体q1.2-1.4上，属于脂肪酶基因家族，是一个长度约为30 kb的单拷贝基因，含10个外显子和9个内含子(Gu等，1992)。Previato等(1991)研究表明，LPL基因的5端上游区域-368-35之间为基因的正调控区，-724-565之间的区域为负调控区，它们影响基因的表达，从而影响脂肪沉积。单体中等(2006)对杜长大母猪LPL基因研究发现，猪从刚出生到体重30kg，LPL基因表达呈上升趋势；在3050kg，LPL基因表达呈下降趋势；5090kg，LPL基因表达又呈上升趋势。3 激素敏感性脂肪酶(Hormone Sensitive Lipase，HSL)动物体内TG合成和分解的状态及速率影响体内脂肪的沉积。HSL主要存在于脂肪组织中，能水解TG、甘油二酯(Diacylglycerol，DG)、甘油一酯、胆固醇酯和其他脂质及水溶性底物，产生甘油和脂肪酸，是影响动物脂肪沉积的关键酶之一(Frayn，1995；王咏波等，2005)。Mellink等(1993)将猪HSL基因精确定位于6号染色体q1.2上。Harbitz等(1999)研究了HSL基因与猪脂肪性状的相关性，发现了3个多态性位点：外显子1的BsaHI酶切发现GA的转换，且导致了编码氨基酸ValIle的替换；外显子8处 GT的颠换，导致编码氨基酸GluAsp的替换。吴桢芳(1998)对4个猪种的HSL基因进行PCR-RFLP分析表明，该基因在瘦肉型和脂肪型猪种间存在明显的多态性，在大白梅山和皮特兰抗应激两杂交猪群中，HSL基因的多态性与背膘厚显著相关。雷明刚等(2005)研究发现：梅山猪、通城猪、长白猪、大白猪HSL基因外显子1的442bp处有GA的变异，导致了编码氨基酸Vallle的替换。薛慧良等(2007)采用PCR-SSCP方法检测猪HSL基因外显子1的多态性，并分析其与初生重、断奶重、6月龄重和背膘厚的相关性，结果表明，外显子1的874bp处有GA的转换，且各品种中存在分布不一致的3种基因型(AA、AB、BB)；BB基因型个体同AB和AA基因型个体背膘厚差异显著(P0.05)，3种基因型个体的背膘厚度排列顺序为BBABAA。4 二酰基甘油酰基转移酶1(Diacylglycerol acyltransferase 1，DGAT1)基因DGAT1是催化酰基化的辅酶A和二酰甘油合成TG的关键限速酶，与动物脂肪代谢、脂类在组织中的沉积有关。DGAT1基因属于酰基辅酶A胆固醇酰基转移酶 (acylCoA: cholesterol acyltransferase，ACAT)基因家族，编码一种含有500个氨基酸的蛋白。DGAT1基因在很多组织中表达，特别是在小肠、脂肪组织、乳腺和皮肤中的表达量最高(Stone等，2006)。猪的DGAT1基因定位于4号染色体pl5上，与IMF的QTL连锁，cDNA全长1935 bp，包含198bp的5-UTR，1470 bp的编码序列及261bp的3-UTR。研究发现猪DGAT1基因cDNA编码区与鼠、人和牛的cDNA同源性分别为83%，88%和91%，且在DGAT1基因中检测到17个SNPs，其中5个是沉默突变(Nonneman等，2002)。刘源等(2007)对莱芜猪DGAT1基因外显子 68共476 bp的序列进行了分析，分别在外显子6第27 bp处和外显子8的第56 bp处检测到单核苷酸多态性(SNP)，但均属于沉默突变；并克隆了莱芜猪5调控区737 bp的序列，在-241 bp(相对于起始密码ATG)处发现单个碱基的插入，该多态性位点与莱芜猪脂肪沉积的关系值得进一步探讨。5 解偶联蛋白3(Uncoupling protein，UCP3) 基因猪解偶联蛋白3基因属于UCP基因家族，位于9号染色体上，其开放阅读框长度为936bp，编码含311个氨基酸的蛋白质。猪UCP3具有6个跨膜功能域和一个嘌呤核苷酸结合区(Marie等，2000)，主要分布在骨骼肌的线粒体内膜，是其重要转运蛋白，具备转运质子的作用，使呼吸链中的氧化与磷酸化作用解偶联，并将贮存的能量以热能形式释放。Knoll等(2000)研究表明，猪UCP3基因5调控区序列的Ava酶切位点与肌肉和脂肪的能量转化显著相关。方美英等(2002)在UCP3基因3调控区序列中发现一个Ava酶切位点，该酶切位点与猪的不同能量代谢类型极显著相关。通过PCR-SSCP方法，涂荣剑等(2004)证实UCP3基因与胸腰椎间膘厚、系水力和失水率显著相关。因此，UCP3基因的遗传变异，可能导致机体能量消耗程度的差异，从而可能导致个体间的体脂代谢、体脂含量乃至脂肪沉积性状的改变。6 肥胖(Obesity，Ob)基因 猪Ob基因表达具有脂肪组织特异性，编码产物Leptin是一种能调节体内脂肪贮存量、能量代谢及体重的内分泌蛋白。Stephens等(1995)通过实验证实Leptin可通过调控下丘脑神经肽(NPY)的产生发挥其对脂肪组织的生物学效应。 猪的Ob基因定位于18q24，长约20 kb，由3个外显子和2个内含子组成，其编码区位于第2和第3外显子。Ramsay等(1998)研究表明，体重相同的猪，肥胖个体的Ob基因mRNA表达水平比不肥胖个体高。戴茹娟等(2000)分析表明：脂肪型猪与瘦肉型猪Ob基因在RFLP带型上存在明显差异，在所有瘦肉型个体中都存在一条4.3 kb的带，脂肪型猪存在一条3.5 kb的带。不同品种的猪存在基因多态性和基因频率的差异，其中3469处TC的突变与猪的背膘厚度相关，TT型个体背膘厚显著高于TC和CC型个体(Zhi-Hua Jiang，1999)。7 结语除上述基因外，脂肪细胞定向和分化因子1(Adipocyte Determination and Differentiation factor-1，ADD1)参与调控脂肪酸和胆固醇的合成(Delphine等，2004)，与猪IMF和屠宰率显著相关；促黑激素皮质素受体-4(Melanocortin 4 Receptors，MC4R)基因，与猪的背膘厚、采食量等呈强相关(vilo等，2006)。可卡因-安非他明调节转录肽(CART) 基因、神经肽Y(NPY)基因都可能是猪脂肪性状的候选基因。随着人民生活水平的提高，对猪脂肪性状的要求越来越高，如何改善该性状，满足人民需求是摆在我们面前的重要问题，遗传选育手段是改善该性状的根本举措。候选基因法是目前技术水平条件下行之有效，成本较低，易于操作的方法。现今，国内外遗传育种学家对猪脂肪性状候选基因的研究越来越多，对改善猪脂肪性状具有重要意义。参考文献1. 戴茹娟, 李宁, 吴常信. 猪Ob基因cDNA的克隆与分析J. 遗传学报, 2000, 27(4): 290297.2. 单体中, 汪以真, 李民. 猪脂蛋白脂酶基因片段的克隆及不同体重的表达差异J. 农业生物技术学报, 2006, 14(2):151155.3. 方美英, 赵兴波, 李宁, 等. 不同品种猪解耦联蛋白基因3调控区的遗传变异J. 科学通报, 2002, 47(13): 10101012.4. 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