基因对性状的控制

基因对性状的控制（共10篇）

基因对性状的控制 篇1

KIT, 又叫c-kit或肥大/干细胞生长因子受体 (mast/stem cell growth factor receptor, SCFR, MGFR) , 它是一种酪氨酸激酶膜受体。猪的正常KIT基因为单拷贝基因, 全长大于200 kb, 由21个外显子组成, 整个编码序列长2 919 bp[1]。Besmer P等[2]从猫的逆转录病毒中发现和克隆到了显性白基因, 当用此病毒去感染猫时, 显性白基因就会在猫体内表达并产生恶性肿瘤, 因此这种能表达癌症的逆转录病毒基因被称为癌基因 (v-kit) , 而癌基因的始祖基因又被命名为原癌基因 (c-kit, KIT) , 因c-kit位于显性白斑 (W) 位点并编码酪氨酸激酶膜受体, 故也把c-kit称为KIT。Spillman W J的研究表明, 猪的白毛色为常染色体上的显性遗传, 而Marklund S等报道了原癌基因的分子生物学基础。Johansson M等将原癌基因定位于猪的8号染色体并证明原癌基因与白蛋白 (ALB) 、α血小板源生长因子受体 (PDGFRA) 基因紧密连锁, 还与鼠5号染色体上含有3个白斑基因的区域高度同源, 其中包括原癌基因, 该基因在鼠中为控制显性白色斑点 (W) 。Sakurai M等[3]研究发现猪的原癌基因是控制白毛色的基因, 它用荧光原位杂交技术将其定位在猪的8号染色体短臂1.2区 (8pl2) 。

1 原癌基因对猪相关性状的效应

1.1 原癌基因对猪毛色效应的影响

角质细胞中真黑色素和褐黑色素种类及含量的不同会导致动物毛发在生长过程中出现不同的毛色。毛色的显性白表型是原癌基因突变造成的[1], 原癌基因复制后使原癌基因的表达量增加, 从而影响了原癌基因配体的可利用性, 使黑色素细胞前体物的正常迁移和存活出现异常而产生黑斑表型, 而原癌基因内含子17的第1核苷酸处发生的G→A剪接突变导致了肥大细胞生长因子受体缺乏酪氨酸激酶活性, 使得黑色素细胞前体物不能正常迁移和存活, 皮肤和毛囊没有黑色素细胞, 从而产生白毛色。

Sakurai M 等[3]研究表明, 猪的显性白毛色主要由原癌基因 (I位点) 调控, 通过毛色表型的分离现象, 人们首先提出了在原癌基因位点上存在I、Id、Ip、i和im 5种等位基因, 其表型分别对应为显性白色、灰杂色、黑斑、正常毛色和隐性白色5种, 等位基因的显性顺序为I/Id/Ip/i/im, 而随着PCR-RFLP、PCR-SSCP、焦磷酸测序和荧光定量PCR等技术的发展, 人们对原癌基因进行了更深入的研究并证实在I位点上有7个具有显著表型效应的等位基因:i、IP、IBe、I1、I2、I3和IL。i等位基因是正常的原癌基因, 为单拷贝基因, 黑色素细胞前体物能够正常迁移与存活, 从而使毛色表现为正常黑色。IP等位基因是双拷贝的原癌基因, 表现为白色或有色毛的斑块或斑点表型, 在其分子结构上既有正常的原癌基因, 还带有1个完全一样的原癌基因全长拷贝, 该拷贝增加了原癌基因的表达量, 扰乱了黑色素细胞前体物的迁移与分化, 造成某些部位黑色素细胞能存活, 某些部位则不能存活, 从而产生斑块或斑点表型。IBe等位基因为单拷贝基因, 控制白带表型, 具IBe等位基因的猪其肩部和前腿有白带环, 主要是由调节突变引起的, 而一个与IBe等位基因相似但不能肯定与IBe有显著区别的基因被称之为IBe*, 它出现在白毛色品种猪中, 也是1个单拷贝原癌基因, 无剪接突变, 但对毛色具有明显的表型效应, 黑斑发生率与IBe*等位基因之间有非常强的相关性, I/IBe*基因型仔猪比I/I型仔猪更不容易出现中度的大红细胞性贫血, 对猪的健康具有正效应, 这可以解释为什么IBe*在白毛色猪中会普遍存在。I1等位基因是双拷贝基因, 其中一个拷贝为重复拷贝, 另一个拷贝则发生了剪接突变, 导致其17号外显子缺失, 从而干扰了原癌基因受体的酪氨酸激酶信号;I2和I3为3拷贝基因, 在其中的1个或2个拷贝中发生了剪接突变。IL基因是1个单拷贝的原癌基因的等位基因, 有剪接突变, 认为是纯合致死等位基因。

师科荣等[1]的研究表明, 原癌基因内含子17中G→A的突变和内含子18中AGTT缺失可能不是导致白毛色产生的唯一决定性突变, 也许在原癌基因的其他区域还存在别的未被发现的决定性突变位点, 这可能是导致荣昌猪白毛色形成的原因。白小青等[4]的研究发现, 荣昌猪不存在原癌基因内含子17和18这2个位点的突变。Lai F J等[5]的研究表明, 荣昌猪显性白毛表型不是由原癌基因突变引起的。

1.2 原癌基因对猪造血效应的影响

原癌基因造血干细胞因子受体是酪氨酸蛋白激酶受体, 其表达产物广泛分布于各种发育阶段的造血细胞, 尤其是在早期造血干细胞表面, 是信号传导通路中传递生物信号起始所必需的部分, 与其配体SCF结合后, 可激活多种信号转导通路, 增强其他造血生长因子对造血细胞的作用, 并抑制造血细胞的凋亡, 从而调节造血细胞的增生、分化和转移。原癌基因对正常造血细胞的增殖和分化起着重要的调节作用[6], 但原癌基因调控造血的潜在机制还不太清楚。

原癌基因突变将导致贫血病, 表现为外周血液中的红细胞、白细胞、血红蛋白和血小板等指标低于正常值。如果SCF/c-kit异常则可导致造血微环境紊乱[7], 无义突变可导致原癌基因功能缺乏, 使红细胞生成减少。实际生产中发现白毛猪的新生仔猪患贫血的比例比有色猪要大。贫血常给动物带来许多问题, 如怀孕母猪贫血则易出现不孕、产仔数减少和仔猪发育迟缓;初生仔猪贫血则表现为精神不振、活力减弱、甚至吮乳力不足、消瘦、皮肤和黏膜苍白、下痢;生长肥育猪贫血可致其生长发育滞后, 生产性能降低。仔猪贫血发病率高达30%～50%, 由此导致的死亡率为15%～20%, 常造成巨大的经济损失。

研究表明, 原癌基因位点突变在纯合状态下引发大红细胞贫血而使鼠出现致死或半致死现象。W等位基因编码非功能性的原癌基因产物, 使得含W/W纯合子的鼠在妊娠后期和初生早期因严重贫血而死亡, 在杂合型鼠中原癌基因产生的错义突变使酪氨酸激酶活性降低[8], 携带该基因型的鼠发生中度大红细胞贫血、毛色变淡但其繁殖力正常, 而纯合型鼠则表现为严重贫血、不育和黑眼白毛。患W突变的鼠贫血是由造血干细胞数量少引起的, 但其造血微环境表现正常。吴培林等发现W-3Bao小鼠突变杂合子的血细胞发育似乎不受影响, 只有当突变基因纯合后, 原癌基因的功能完全丧失, 才出现大红细胞贫血并在出生前后死亡。Spritz R A[9]的研究发现, 在24只发生了W突变的鼠中有10只在杂合状态下也表现贫血。Marklund S用大白母猪与野生型公猪杂交, 发现在F2代中I1/I1型猪的淋巴细胞和外周血液中白细胞数量明显下降。白毛色猪中原癌基因的变异是否会产生温和的多效性影响很值得研究, 因为很大比例的培育品种或商品猪携带原癌基因, 即使是温和的多效性影响对养猪生产的影响也非常大。

Fesus L等通过原癌基因对汉普夏猪和大白猪杂交F2代群体的血液参数、小猪出生体重和断奶体重影响的研究发现, 携带I等位基因猪的淋巴细胞数和初生体重均比i/i型的猪要少, 但在白细胞数、红细胞数和血红蛋白量上, 不同的等位基因之间的差别不明显。

Johansson A等研究了原癌基因位点多态性对毛色和外周血液细胞值的影响, 发现不同的原癌基因型对初生仔猪血液学参数值的影响不同, 其中I/I型仔猪血液中的红细胞更大, 但其血红蛋白的浓度更低, 这表明携带I/I型的仔猪有轻度的巨红细胞性贫血。

Haase B等研究发现, 白毛色的蒙塔格尼马携带原癌基因拷贝, 在该基因的p.Y717X处发生了突变, 但显性白毛色和正常毛色的蒙塔格尼马的外周血液参数之间无统计学上的显著性差异, 即对外周血液没有明显的不利影响。这一结果与现有的关于原癌基因突变对鼠和猪外周血液细胞影响的结果不同, 这预示原癌基因突变对鼠、猪和马产生的影响是不同的。

原癌基因突变是否出现贫血主要可以通过检测下列血液指标值是否发生明显改变来判定:血红蛋白浓度 (HGB) 、平均红细胞血红蛋白含量 (MCH) 、红细胞血红蛋白平均浓度 (MCHC) 、平均红细胞体积 (MCV) 、红细胞体积分布宽度 (RDW) 、血细胞比容 (HCT) 、红细胞数 (RBC) 、白细胞数 (WBC) 、血小板数量 (PLT) 、淋巴细胞 (LYM) 、单核细胞 (MON) 、中性粒细胞 (NEU) 、嗜酸性粒细胞 (EOS) 、嗜碱性粒细胞 (BAS) 。

1.3 原癌基因对猪繁殖效应的影响

有些品种猪产仔数少, 不是因为公猪精子数量少而是因为死精或有效精子太少。猪品种间产仔数差异大可能与原癌基因突变类型有关。

研究表明:原癌基因在动物生殖细胞的形成、发育和存活过程中起着重要的调控作用。原癌基因突变鼠在纯合状态下常常是致死或半致死的, 而发生原癌基因突变的猪在纯合状态下则是完全可育的、不致死的。

原癌基因在原始生殖细胞、A型精原细胞、精子细胞的顶体颗粒及精子的顶体中均有表达, 它对于进入或完成减数分裂是必需的[10]。原癌基因突变后, 睾丸中分化的精原细胞明显减少。精子的发生伴随原癌基因的阶段特异性表达, 并且其表达受严格的时空调节, 在精子发生过程中发挥决定性作用[11]。编码SCF/c-kit系统的基因位点突变, 会影响正常生精细胞的发育。原癌基因在鼠出生后的第5天开始在睾丸中分别表达为A型精原细胞、B型精原细胞、初级精母细胞和睾丸间质细胞。Fesus L等发现I/I型公猪的睾丸比I/i型和i/i型公猪的睾丸要大。

原癌基因在卵子的形成中也同样发挥重要作用, 原癌基因位于卵母细胞和内膜细胞内。原癌基因缺失的小鼠卵泡发育和卵子的发生会出现异常。原癌基因受体在卵泡发育过程中的原始卵母细胞和生长卵母细胞及卵泡膜间质细胞中表达, 而原癌基因在胚胎发育过程中的表达时间在不同的动物是一致的[12]。携带原癌基因突变基因纯合子的雌性动物大多数表现为不育 (由于卵巢中缺乏干细胞) , 表明原癌基因及其配体在卵子的形成过程中对原始卵泡的积累起重要作用。原癌基因受体在胚胎发育到7.5～13.5 d开始在原始干细胞中表达。Horie K等的研究发现, 当卵母细胞进入减数分裂期时用免疫组化法可检测到原癌基因蛋白在其中的表达, 进入减数分裂前期的双线期时停止表达。Fesus L等发现I/I型母猪卵巢的各项参数值是所有原癌基因型猪中最小的, 卵巢中退化和萎缩的卵泡数量是最多的。

1.4 原癌基因对猪正常听力的影响

猪的耳蜗内有一类专管听觉的细胞, 每个听觉细胞顶端长有细小的纤毛, 这种细胞被称之为听毛细胞。听毛细胞的底面有丰富的神经支配并构成突触, 当中耳传声装置把声波振动顺利地送入内耳, 听毛细胞通过电位变化和化学递质释放, 把机械能转换成为神经冲动, 从而产生一系列的生理性感音过程。原癌基因突变后将导致神经嵴细胞的迁移、分化而出现异常, 影响内耳神经发育, 使猪的听力出现障碍。

导致动物听力受损的原因有以下几种:①由原癌基因表达的剂量效应引起, 此类耳聋很可能是由于原癌基因发生结构突变后导致原癌基因表达量发生了改变, 使得听力下降或完全耳聋。②由于原癌基因钝化而发生调节突变, 使其调控序列丢失, 原癌基因的表达产物减少, 从而出现耳聋。③可能与原癌基因的多态性及肥大细胞和干细胞生长因子受体蛋白的表达时间、表达水平有关。猪出现耳聋常给生产带来损失, 由于母猪听力下降或听不见, 导致其哺乳护仔能力差, 易造成仔猪的伤亡。在生产上研究原癌基因异常与耳聋的关系对猪的选种育种具有重要的现实意义。

2 研究猪原癌基因的意义

(1) 可借助原癌基因的变异来阐明猪种的起源并可利用原癌基因作为分子标记来确定种猪的纯度。

(2) 通过研究猪原癌基因对毛色、造血、听力和繁殖的影响机制可获得需要的毛色表型, 培育出抗贫血、抗耳聋并具有高繁殖力的品种, 从而降低新生仔猪贫血病的发生, 提高仔猪成活率和母猪的哺乳护仔能力。

(3) 通过研究猪的原癌基因对猪毛色、造血、听力和繁殖的影响建立起研究人类花斑病、贫血、耳聋和不孕不育等疾病的动物模型, 可以进一步阐明这些疾病的致病机理, 为疾病的基因治疗提供技术支持。

(4) 对猪原癌基因的研究不但有助于了解原癌基因与猪毛色之间的遗传机制, 也有助于了解原癌基因与猪其他经济性状之间的关系。

3 猪原癌基因的研究方向

(1) 原癌基因单核苷酸突变和拷贝数变异与胚胎造血机制、听力障碍和生殖细胞发育的相关性研究。

(2) 原癌基因拷贝数变异对表型的影响及方便准确检测拷贝数变异的方法。

(3) 原癌基因等位基因的准确分型。

(4) 探索有剪接突变和无剪接突变原癌基因拷贝数之间的先后顺序对表型及其他性状的影响。

(5) KIT/KIT ligand 在不同生命时期的功能表达对猪经济性状的影响。

(6) 研究不同原癌基因等位基因间的互作对猪毛色、猪生产性能及其他性状的影响。

参考文献

[1]师科荣, 王爱国, 李宁, 等.白色基因座 (I) 在中国地方猪种毛色遗传中的作用研究[J].遗传学报, 2005, 32 (3) :275-281.

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基因对性状的控制 篇2

本课内容将基因与性状联系起来，这是生命科学新教材新增加的内容。而基因与性状都是非常抽象的概念，对八年级学生来说有难度。虽然是第二章第3节的内容，但是内容本身和前面所学知识联系不大。

基因方面的知识是热门话题，学生多多少少有所耳闻，由于正处于生长发育的阶段，对自己的身体有一定好奇心，成长的历程中也会对自己身体上与父母相同不相同的生理特征产生一定的`探究欲望，从这点来讲，本课内容还是有一定的吸引力的。考虑到学生之前并未系统学习过基因等知识，因此这节课以基因为线索深入浅出的介绍基因与性状的关系。首先通过观察各种生物及自身的某些性状概括出什么是性状，性状包括哪几部分。然后通过转基因超级鼠资料分析的讨论，获得基因控制性状的结论。

为了让学生能够理解基因和性状的关系，课前我认真阅读、钻研教材，精心设计练习题，希望用一节课的时间让学生弄明白二者的关系。但在八三班上完课后，结果令人大失所望：课后调查，班上有一半的学生稀里糊涂，不知云里雾里。课后我进行了反思：这节课对我来讲，内容非常少，一个观察与思考，一个资料分析也就结束了，但是我忘记了一点：学生毕竟是学生，他们从来没有接受过基因、性状的学习，这部分内容对他们来讲非常的抽象、难懂，所以在我引导学生思考、讨论完所有的内容后，集中做练习，效果就不太好。找出毛病后，下节我在四班上课时，把方案进行了调整：在引导学生进行观察与思考部分的内容后，同样也让学生列举了性状与相对性状的例子，随后，马上让学生进行这部分的反馈练习。后面的资料分析也采用同样的方法处理，效果非常不错，课后的调查也非常令人满意。

基因对性状的控制 篇3

我主要围绕三个方面进行交流：一是看教什么；二是看怎樣教；三是看教的怎么样。严格意义上讲应该是看学什么、看怎样学和看学的怎么样。

一、看教什么

看教什么，即看教学目标。教学目标是教学的出发点和落脚点。刘老师把这节课教学目标定位为：知识与技能：举例说出生物的性状、相对性状；生物的性状是有基因控制的；过程与方法：通过观察实物、图片和视频、分析资料，总结性状、相对性状的概念、基因控制生物的性状；情感态度与价值观：关注转基因技术给人类带来的影响。

本节课依据生物课标、教材和学生的实际，“三维”目标定位准确、全面、科学、合理，具有操作性。以知识和技能为主线，渗透情感态度和价值观，体现于过程和方法之中。本节课一切教学活动都是围绕实现上述“三维”目标而设计的，顺利地完成，很好地实现了教学目标。

二、看怎样教

看怎样教，即看教学过程的设计和实施。整体上看这节课教学过程设计结构合理、思路清晰、组织有序、顺畅自然。

这一过程主要看学生和教师这两大主体。传统教学评价主要以“评教”为主”，新课程教学评价主要以“评学”为主。

1.看学生

主要看学习状态（学习状态包括参与状态、交往状态、情绪状态、参与状态、思维状态等）、学习方式和学习结果等。教学的根本宗旨是使学生得到有效发展。本节课学生处于主体地位；体验了知识形成的过程；师生互动、生生合作实现了课堂信息交流；学生情绪饱满，态度积极；参与面广、有深度，具有良好的思维状态，思维参与是核心。有的学生由于性格、能力等原因，发言的机会少，但在小组合作学习中参与交流讨论，思维已启动了，表现在下课时情绪高涨，小脸红彤彤的。最终实现了绝大多数学生有效学习和主动发展。

2.看教师

主要看角色的转变、教学方法和教学手段的运用及教学能力等。

本节课老师为学生创设了主动参与、大胆探究的教学情境，搭建了师生交流、生生合作的平台；在教学中起到了组织者、引导者、合作者的作用，体现了教师的主导地位。

最优化地选择和运用了适合学生学习需要的教学方法和教学手段。

本节课构建了《自学探究、质疑答疑、归纳总结》教学模式，在这个框架下主要运用了观察—讨论—归纳法，还综合运用了多媒体演示法、谈话引导法，等等。另外，注重学法指导，在培养学生的学习方法和能力上下功夫，体现了“授之以鱼，不如授之以渔”的教学理念。

适时、适量、适当地运用了图片、实物、多媒体课件、视频等教学手段，尤其是运用了多媒体课件辅助教学，效果很好。教者现代信息技术运用娴熟是这节课亮点之一，她承担了并完成了东北师大的科研课题：《现代信息技术应用于生物实验教学中》。多媒体不能代替生物实验，但有些课堂上不能做的生物实验必须运用多媒体模拟、演示其过程，如，本节课《转基因鼠实验》，它既是重点又是难点，学生不能做实验，运用了多媒体手段突出了重点、突破了难点。教学方法、教学手段运用科学、合理、恰当，真正起到了服务于教学的作用，达到了事半功倍的教学效果，提高了课堂效率。

教学能力方面表现在：教学基本功扎实，驾驭、调控课堂能力强，现代信息技术运用娴熟、自如。非常注重“怎样教”，在设计“怎么教”上大作文章，下功夫，绞尽脑汁，费尽心机。

三、看教的怎么样

看教的怎么样，即看教学结果。包括三方面：即教学效果、教学效率和教学效益，这是高效课堂的三要素。

学生们完成了学习目标，学到了很多科学知识，掌握了很多学习方法，形成了能力，获得了积极的情感体验，形成了正确的价值观，即有效果。学生们短时高效地完成了学习任务，即效率高。不仅关注了学生们的当下发展，更注重了学生们的长远发展和终生发展，在培养能力上下功夫，学生养成了良好的学习习惯，具有浓厚的学习兴趣，对后续学习产生美好的愿望和期待，即效益高。

综上分析，这节课是按照生物新课标设计的，体现了很多新课程理念，在努力关注着教什么、怎样教以及教的怎么样，达到了很好的教学效果。但按照高标准要求，还有进一步完善的空间，提出几点与大家共同商榷：

1.个别环节过程少分析不透，结论形成过早

例如，《基因控制生物的性状》这一重点内容的结论，只有两名学生破解了就仓促地形成结论。应在几组学生充分讨论的基础上，在老师的启发引导下，生生互动，参与面要广，时机成熟了由学生们自己概括形成结论。在这个环节上也要体现以学生为主体、面向全体学生这一教学理念。

2.在学科专业思想上还有进一步挖掘的空间

《基因控制生物的性状》是这节课重点内容，这是毋庸置疑的。其实，这节课到这不算完，还有隐含在本内容中的一些生物学科专业思想没有充分挖掘出来，有进一步开发的空间。基因虽然能够控制生物性状，但不能控制生物体的全部生命活动，有很多性状表现是由遗传物质和环境共同作用的结果。例如，你可能接受了父亲绘画的天赋，但你不勤奋学习和练习也不会成为绘画的高手。同一麦田地，麦苗靠近水肥多的地方长势就良好，相反，靠近水肥少的地方长势就不好。这是生物与环境的相互关系。要把“生物能适应和改变环境，环境也能影响生物，要保护环境，保护生物的多样性”，这些生物学科专业思想挖掘出来，使课堂得到进一步升华，达到一个高度。这是普遍存在问题，往往被忽视。

基因对性状的控制 篇4

关键词：干旱,棉花,转基因,Bt+CPTi基因,脯氨酸,叶绿素

水分是影响作物生长发育最重要的因素之一, 而土壤水分过多过少都会影响作物的产量和品质。目前, 抗旱节水不仅是干旱和半干旱地区的重要问题, 也是湿润地区的重要问题。如何把有限的水资源充分利用已成为节水农业共同关注的问题。为了充分发挥棉花的增产作用和抗旱、节水、抗虫效果, 获得较高的经济效益, 更应注意加强对棉花苗期的管理。而转基因棉花品种在我国已大面积应用于生产并获取巨大成功。这种利用基因工程技术转入棉花的外来基因, 可以在棉花各组织器官中高效表达, 对棉花生理指标产生重要影响[1]。然而, 当前有关干旱对转Bt+CPTi基因棉的研究较少。通过研究干旱对Bt+CPTi转棉花的叶绿素和脯氨酸影响的测定分析, 旨在为转基因棉的大力推广和合理节约用水提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

高光子棉花新品种新研9648及在新研9648导入Bt+CPTi基因的棉花品种SGK36。

1.2 试验设计

2008年4月28日将新研9648、SGK36种植在塑料桶中, 每个塑料桶装沙土40kg, 并分别施入尿素50g、磷酸钙50g、氯化钾20g。土壤相对含水量控制在75%左右, 棉花3叶1心 (出苗后21d) 时进行干旱处理。干旱标准采用土壤相对含水量40%~50%, 对照土壤相对含水量为70%~80%[2], 每个处理种植20桶, 重复3次。

1.3 取样与测定方法

处理开始后, 每14d取样1次, 每株取倒3叶, 放入冰壶中带回实验室待测。取样3次后复水。第4次结果为复水7d后测定。叶绿素含量测定采用分光光度法[3];脯氨酸含量测定用茚三酮显色法[4]。

2 结果与分析

2.1 干旱对叶绿素a的影响

由图1可以看出, 出苗后21d时, SGK36的叶绿素a含量比新研9648略高, 随着生育进程的延续, 新研9648的叶绿素a迅速提高到一个较高的水平。在干旱出现后, SGK36的叶绿素a含量快速下降, 但是随着干旱的持续, 叶绿素a的含量有所恢复。新研9648的叶绿素a的含量因前期基础较低, 而在干旱出现的初期有所提高, 但是随着干旱的持续, 叶绿素a的含量增速迅速下降。2个品种在复水以后, 叶绿素a的含量也恢复到相似的水平。

2.2 干旱对叶绿素b的影响

从图1和图2比较可以看出, 2个品种叶片中叶绿素b的含量均低于叶绿素a的含量。由图2可知, SGK36叶片中的叶绿素b含量同样高于新研9648叶片中的叶绿素含量, 随着生育进程的延续, SGK36叶片中的叶绿素b含量迅速增加。而干旱出现的初期, SGK36和新研9648叶片中的叶绿素b的含量相对稳定, 但是随着干旱时间的延长, 2个品种的叶绿素b的含量均出现明显的降低。

2.3 干旱对叶片脯氨酸的影响

从图3可以看出, 在出苗后21d时SGK36和新研9648叶片中的脯氨酸含量基本一致。在干旱出现以后, 脯氨酸含量逐渐上升, 随着干旱时间的延长, 脯氨酸含量上升到一个较高的水平, 同时SGK36脯氨酸含量略高于新研9648。而在复水以后, 脯氨酸含量迅速降低到一个较低的水平。说明脯氨酸含量随着干旱时间的延长而增大, 且SGK36的抗旱能力与新研9648相似。

3 结论与讨论

良好的环境条件是棉花正常生长发育的保证。阶段性积水与干旱是我国北方棉区经常发生的自然灾害。试验结果表明:在干旱的初期, 2个品种的叶绿素含量均有所降低, 随着干旱时间的延长, 2个品种的叶绿素含量都有所恢复。而脯氨酸含量逐渐上升, 当复水以后迅速降低。说明脯氨酸含量随着干旱时间的延长而增大, 转Bt+CPTi基因的SGK36的抗旱能力与新研9648没有明显的差异。说明棉花转入Bt+CPTi基因后, 对棉花新研9648的抗旱性没有显著的影响。

参考文献

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[3]张志良, 瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社, 2003.

基因对性状的控制 篇5

在《基因控制生物的性状》的这一节课，需要解决的是生物个体的性状与基因关系的问题，而基因和性状是非常抽象的概念，它看不见，摸不着.不过教材设计的`比较好，以基因为线索，深入浅出地介绍基因与性状的关系，例如：通过观察与思考，使学生从比较熟悉的动植物和自身性状的具体观察入手，抽象出什么是性状性状包括哪几部分通过转基因超级鼠资料分析的讨论，获得基因控制性状的结论.为了让学生能够理解基因和性状的关系，课前我认真阅读，钻研教材，精心设计练习题，希望用一节课的时间让学生弄明白二者的关系.

但在三班上完课后，结果令人大失所望：课后调查，班上有一半的学生稀里糊涂，不知云里雾里.课问的十分钟我进行了反思：这节课对我来讲，内容非常少，一个观察与思考，一个资料分析也就结束了，但是我忘记了一点：学生毕竟是学生，他们从来没有接受过基因，性状的学习，这部分内容对他们来讲非常的抽象，难懂，所以在我引导学生思考，讨论完所有的内容后，集中做练习，效果就不太好找出毛病后，下节我在一班上课时，把方案进行了调整：在引导学生进行观察与思考部分的内容后，同样也让学生列举了性状与相对性状的例子，随后，马上让学生进行这部分的反馈练习.后面的资料分析也采用同样的方法处理’效果非常不错，课后的调查也非常令人满意。

基因对性状的控制 篇6

关键词：转基因棉花；hpa1Xoo基因；抗黄萎病；农艺性状

中图分类号： S435.621文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0170-05

收稿日期：2015-02-06

基金项目：教育部博士点基金（编号：20104601110004、20124601110004）；国家自然科学基金（编号：31160359、31360029）；国家科技部项目（编号：2004BA901A36）。

作者简介：刘悦（1990），女，黑龙江人，硕士研究生，从事植物病理学研究。E-mail：heizi2327@126.com。

通信作者：缪卫国，博士，教授，从事分子植物病理学研究。E-mail：weiguomiao1105@126.com。在世界范围内棉花是非常重要的纤维作物，也是食用油料来源之一。是仅次于粮食的第二大农作物[1]。黄萎病是棉花成株期危害最大的病害之一。棉花黄萎病的病原菌为大丽轮枝菌（Verticillium dahlia Klebahn），对棉花质量、皮棉产量、纤维品质影响非常严重[2-3]。1993年，棉花黄萎病在我国大暴发，发病面积达266.67万 hm2，损失皮棉约1亿 kg，2002—2003年黄萎病再度暴发，棉花黄萎病已成为棉花减产的主要原因之一[4-5]。选育高产抗病品种对有效控制该类病害尤为重要。多年来，我国对筛选与培育新品种的方法不断更替革新，由开始常规棉育种至现在利用转基因、分子标记与生化辅助育种等技术，定向、高效培育出高产、抗病虫、优质的复合抗性品种[6]。如转基因Bt抗虫棉，不仅在抗棉铃虫方面有显著成效，还能够增强农业生态系统害虫自然控制的能力，世界范围内实现了大范围的推广种植[7-8]。但至今对于抗病转基因棉的研究成效甚微，未见抗黄萎病转基因棉花大面积种植的报道，生产上大面积种植的棉花品种对棉花黄萎病的抗性仍处于抗病或耐病水平，缺乏高抗黄萎病棉花品种的报道。

Wei等首次从梨火疫病菌（Erwinia amylovora）中分离和鉴定了一种能够激发非寄主植物发生过敏性反应（hypersensitive resistence，HR）的蛋白激发子，命名为harpinEa[9]。目前，人们已经在Erwinia、Psedomonas、Xanthomonas等属的多种植物病原细菌中克隆到编码harpin蛋白的hrp（hypersensitive response and pathogenicity，hrp）基因[10-17]。人们已经将编码harpin蛋白的基因成功转入到烟草、马铃薯、苹果、梨、甜菜、小麦、棉花[18-26]及水稻[15，17，27-29]等植物中，获得的转基因植物都对其主要病原菌产生了较好的复合抗性。

hpa1Xoo是来自水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）编码harpinXoo蛋白的hrp基因[17]，笔者项目组用含农杆菌T-DNA区域的重组质粒，通过花粉管通道法将hpa1Xoo基因导入多个陆地棉，结合常规育种获得具有多种有益表型如抗棉花黄萎病、枯萎病、棉铃虫等的后代株系[30]。在此基础上，2008—2014年项目组选用抗病较差但农艺性状较好的陆地棉材料854，将hpa1Xoo基因导入854，通过系统选育获得了稳定表达的后代株系854-3、854-5，在2013—2014年对854-3、854-5的黄萎病抗性、农艺性状等方面与泗棉3号、中植棉2号进行了比较，以期为棉花抗病品种选育及病害有效防控提供优良种质。

1材料与方法

1.1材料

陆地棉材料854-3、854-5是以854（江苏科腾种业有限公司提供）为转化受体的转hpa1Xoo基因棉花的遗传稳定后代株系，抗性标记基因为nptⅡ[28]。对照为中植棉2号（抗病）、泗棉3号（感病）。

1.2试剂

卡那霉素（5 000 mg/L）、胶回收试剂盒、DNA试剂盒与RNA试剂盒均购自BIOMIGA公司；反转录试剂盒购自TianGen公司；GoldView DNA染料购自北京赛百盛基因技术有限公司；引物由华大基因引物合成。DNA测序由华大基因完成。

1.3方法

1.3.1卡那霉素抗性筛选参照缪卫国的方法[31]，当棉苗长出2～3张真叶时，用5 000 mg/L浓度的卡那霉素对叶片均匀涂抹，无黄色斑痕的为卡那霉素抗性植株，以此作为阳性植株进行下一步分子筛选。

1.3.2转基因棉抗病性考察试验选择在江苏大丰大中镇红花村发病均匀的棉花黄萎病重病田进行，田间管理同大田常规方法。病情考察分2个时期进行，黄萎病第1发病峰在棉花蕾花期（7月中下旬），黄萎病第2发病峰在棉花铃期（9月下旬），调查发病率，计算病情指数，参照顾本康等的方法[32]划分抗病等级。

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1.3.3农艺性状调查棉花采用育苗移栽的方式种植，4月中旬播种，5月中旬移栽。试验田采用随机区组排列，重复3次，小区长8 m、宽4 m，行距1 m，株距30 cm，每个区组设1个感病对照（泗棉3号）、1个抗病对照（中植棉2号）。调查项目包括吐絮期株高、单株果枝数、单株铃数和吐絮个数，并考察皮棉、籽棉产量、单铃质量、衣分等指标。采集植株中部铃50个，称量其纤维20～30 g送检（中国农业科学院棉花研究所农业部棉花纤维检测中心检测）。

1.3.4统计分析参照顾本康等的抗病性鉴定方法[32]，抗病性指标计算公式如下：

发病率=（∑病株数/调查总株数）×100%；

病情指数=[∑（各级病株数×相应病级）/（调查总株数×4）]×100%；

相对抗性指数（IR）=校正系数K×鉴定材料病指；

校正系数K=50/本次鉴定感病对照病指（50为感病对照标准病指）。

比较854-3、854-5这2个株系（材料）与对照品种在2013—2014年的抗病性与农艺性状，对均值进行t测验，依据测验值的显著水平确定供试材料的品质优劣。

1.3.5PCR与RT-PCR检测采用DNA提取试剂盒（E.Z.N.A. HP Plant DNA Kit）提取棉花4～5张真叶期时的叶片总DNA，参照缪卫国等方法[31]，用引物hpa1Xoo（Forward：5′-TTCGGATCCATGAACTCTTTGAACACACAATT-3′；Reverse：5′-GGTGAGCTCTTACTGCATCGATGCGCT-3′） PCR扩增目的基因hpa1Xoo全长。其程序为：95 ℃变性5 min，然后95 ℃变性45 s，56 ℃复性45 s，72 ℃延伸1 min，此循环进行35次；最后72 ℃延伸10 min。

利用RNA提取试剂盒（E.Z.N.A. Plant RNA Kit RNA）提取花铃期棉叶的RNA，使用反转录试剂盒（Quant Reverse Transcriptase）进行RNA反转录。使用hpa1Xoo引物（同上），以反转录后的cDNA为模板进行PCR，程序同上。

2结果与分析

2.1转基因棉花的黄萎病抗性

2008年，我们采用花粉管通道法结合农杆菌介导的方法，将来自水稻白叶枯病菌编码harpin蛋白的hpa1Xoo基因导入受体陆地棉材料854[30]，通过卡那抗性和抗病性田间筛选，结合分子验证，经单株选育，获得了854-3、854-5，2个农艺表型稳定的材料。2013—2014年，继续观察854-3、854-5农艺性状和对黄萎病的抗病性。结果表明，在江苏大丰大中镇红花村棉花黄萎病重病田，抗病对照中植棉2号相对病情指数为12.41～16.68，平均为14.54，感病对照泗棉3号病情指数为42.76～50.00，平均为46.38，每年3个区组的感病对照泗棉3号黄萎病病情指数均在50左右，重复间、年度间差异不显著，表明供试黄萎病病田发病均匀，适宜做病圃开展棉花品种（材料）抗病性鉴定（表1）。854-3、854-5在2013—2014年平均病情指数分别为4.23、2.80，最高为6.01，最低为2.02，分别较抗病对照中植棉2号相对病情指数低70.9%、80.7%，较感病对照泗棉3号相对病情指数低 90.9%、94.0%，参照棉花品种抗性划分标准[32]，二者均属于高抗。

2.2转基因棉花的主要农艺性状及经济性状

2.3转基因棉花纤维品质性状

2014年，对854-3、854-5纤维样品进行品质检测，纤维品质性状良好，纤维长度分别为28.78、28.83 mm，比强度分别为27.9、28.4 cN/tex，马克隆值分别为5.67、5.83，伸长率分别为6.3%、6.2%，整齐度分别为85.4%、84.7%（表3）。

2.4PCR、RT-PCR、PCR-Southern blot检测结果

从整齐排列生长一致的株行中，分别随机选择854-3、854-5材料各2株。以叶片基因组DNA为模版，用hpa1Xoo引物进行PCR扩增（图1-A）。将上述PCR产物电泳后，以地高辛标记的hpa1Xoo全长序列为探针，进行PCR Southern blot。以水稻白叶枯菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzae）PXO99菌株的DNA为模板进行PCR的产物为阳性对照。PCR Southern blot结果，854-3、854-5阳性对照均在400～500 bp间出现了明显的阳性信号（图1-B）。RT-PCR检测是以随机选择854-3、854-5 2材料各4株的叶片基因组RNA为模版，反转录后，同样以hpa1Xoo引物进行PCR扩增（图2）。分子检测所得到的目的条带单一，测序结果为hpa1Xoo，表明引物特异性很高，并且经多代选育后转入的外源基因hpa1Xoo仍然能够在棉花内转录表达，在世代间稳定遗传。

3讨论

Harpin蛋白在病原菌与植物互作过程中不仅能赋予转基因植物抗病虫性，而且能够激发一些防卫基因的表达[31，33]。如能够诱导植物系统获得抗性[34]，能在多种植物上诱导过敏性细胞死亡[35]，并能够启动水杨酸[36]、茉莉酸/乙烯[37]、脱落酸[38]等信号传导途径。不仅编码Harpin蛋白的基因可以作为外源基因导入，还起到抗病虫、提高品质的作用，而且在植物上的直接施用也能够赋予植物较好的抗病性[19，39]。多年来，人们已经从多种植物病原细菌中克隆得到编码harpin蛋白的hrp基因，并成功将其转入到不同的作物中，使转基因植物获得了抗性，不同程度上提高了农作物的品质，例如将编码harpin蛋白的基因成功转入到烟草[18-21]、马铃薯[22]、苹果[25]、梨[24]、甜菜[18]、小麦[25]、棉花[26]及水稻[15，17，27-29]等植物中，获得的转基因植物都对其主要的病原菌产生了较好的复合抗性。将编码水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）编码harpin蛋白的hpa1Xoo基因转入水稻中，使得转基因水稻获得良好的复合抗性[15，17，27-29]。缪卫国将hpa1Xoo基因导入到棉花Z35中，hpa1Xoo基因的表达可以促进防卫反应，有效降低了棉花黄萎病的发生，培育筛选过程中还发现转hpa1Xoo基因棉花不仅对黄萎病有抗性，而且对枯萎病、立枯病也有很好的抗病性，对棉铃虫、棉蓟马、棉大卷叶螟也有较好的抗虫性[31]，也就是说harpin能够赋予植物多种复合抗性。本试验中笔者选取了江苏科腾种业有限公司提供的棉花材料854，该材料适于长江中下游种植，将hpa1Xoo基因转入854中，经过2008—2014年获得了适于长江中下游种植的棉花材料854-3、854-5，二者兼具高抗黄萎病及良好的农艺性状。

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近年来，研究选育的棉花品种（材料）多为耐黄萎病品种，少部分为抗黄萎病品种，如冀杂1号黄萎病指数163[40]，冀棉169黄萎病指数12.5[41]，辽棉20号、辽棉25号、中棉91、辽K133黄萎病指数分别为16.3、13.0～18.85、248、20.83[42]等，现今仍缺乏高抗黄萎病的品种（材料）。利用转基因技术培育棉花抗病品种成为目前最经济有效的方法之一。不论采用常规育种还是分子育种技术培育高抗黄萎病的棉花品种，均存在一定的瓶颈，主要体现在一是缺乏高抗黄萎病的抗源，二是棉花对黄萎病菌的抗性遗传特性还存在一些理论和技术性的问题。针对黄萎病的抗性品种育种，时常会发现某一个材料或者品系在独特年份表现出较好的抗病性，但这种抗性不像对枯萎病抗性会具有较好的持久性，在后续种植过程中会发现目标品种对黄萎病的抗性又减弱或者丢失，这是困扰抗黄萎病品种选育的一个较突出的问题。目前，我们获得的854-3、854-5 2个棉花材料的黄萎病指数分别为4.23、2.80，在连续种植的2年中都保持着高抗黄萎病，农艺性状和经济性状优良，有望作为抗黄萎病品种培育过程中的种质或材料。

尽管转基因作物产业化发展速度快前景好，能为社会带来巨大的经济利益，但不可忽视的是转基因作物确实存在一系列潜在的安全问题。转基因作物安全性包括两方面：食品安全性问题和环境安全性问题。为能够安全持久种植利用转基因作物，在转基因作物商品化前要对其可能带来的环境生物安全问题进行严格、充分的科学研究和评价，并进行有效的生物安全监测和管理[43-48]。我们获得的转hpa1Xoo基因棉花均规范种植，设立了隔离带，按照相关规定对转基因品种产业化采取严格谨慎的管理和审批，在尽量消除和降低安全隐患的基础上科学利用转基因技术，以促进整个社会经济的发展。

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猪脂肪性状相关功能基因的研究 篇7

1瘦素(Leptin)基因

Leptin由肥胖基因编码,是一种主要由白色脂肪细胞分泌的反馈性抑制脂肪的激素,由167个氨基酸组成,相对分子质量16 ku[6]。Leptin具有广泛的生物学效应,可调节摄食、能量利用、生长、繁殖和免疫等生物学过程[7],其中最突出的功能是作用于下丘脑的体重调节中枢,引起食欲降低、能量消耗增加,从而降低脂肪沉积、抑制体增重[8,9,10]。

Leptin作为一种脂肪细胞分泌的激素主要在调节机体能量平衡及脂肪沉积方面发挥重要作用[11]。 在人类和鼠上发现,血清Leptin水平及脂肪组织中Leptin的m RNA量与肥胖程度呈正相关,肥胖者表现出Leptin抵抗[12,13,14]。在猪的研究上得出相似结论,肥胖型猪的血清Leptin水平和脂肪组织中Leptin m RNA的表达量均高于瘦肉型猪或较瘦的杂交猪[15], 而且血清Leptin水平与胴体背膘厚度呈高度正相关,与胴体瘦肉率或眼肌面积呈强负相关,而与主观大理石评分相关性较弱[16,17]。脂肪组织中Leptin m RNA的表达量 与背膘厚 度呈正相 关[18]。 血清Leptin水平与脂肪组织Leptin m RNA的表达量也呈正相关[19]。另有研究结果发现,随着猪前体脂肪细胞的增殖和脂肪细胞的肥大,脂肪细胞中Leptin m RNA的表达量也随之升高,说明Leptin可能作为一种脂肪生成反馈剂去除多余脂肪[20,21]。猪的脂肪沉积能力愈强,脂肪组织分泌和表达的Leptin就愈多,而且Leptin的分泌量和表达量与猪胴体品质具有紧密相关关系[22]。

2解偶联蛋白3(Uncouplingprotein3,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936 bp,编码331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[23,24]。UCP3是分布于线粒体内膜的质子转运载体,介导内膜外侧的质子内流形成质子漏,降低内膜两侧H+电化学梯度,造成氧化过程与ADP磷酸化过程解偶联,质子所带有的能量以热的形式释放,是机体耗能产热的重要方式[25]。在骨骼肌和脂肪组织中表达的UCP3具有显著影响肌肉和脂肪能量转换的基因效应,可能是肉质性状的主效基因或与主效基因紧密连锁的标记基因。

对猪UCP3基因的部分编码区进行了测序,在395 bp处发现了1个c SNP位点[26],该c SNP位点发生G-A突变,并导致相应编码氨基酸由Gly-Arg的改变。该位点可以被限制性内切酶SmaⅠ识别。利用PCR-RFLP方法,发现AA、AB和BB 3种基因型,其中A等位基因频率0.56,B等位基因频率0.44。UCP3 SmaⅠ位点主要表现为加性效应,基因型AA降低膘厚,提高系水力和降低失水率,但同时也降低肌内脂肪含量。猪UCP3基因5'调控区序列的AvaⅠ酶切位点与肌肉和脂肪的能量转化显著相关[27]。在基因调控区序列发现一个AvaⅠ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[28]。通过PCR-SSCP方法,证实基因与胸腰椎间膘厚、系水力和失水率呈显著相关[29]。因此,UCP3基因的遗传变异,有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。寻找UCP3基因的多态性,研究其对脂肪沉积和肉质性状的遗传效应,有可能为今后猪的遗传品质改良提供一定的遗传学依据。

3叉头转录因子O亚家族1(ForkheadtranscriptionfactorgroupO1,FoxO1)基因

叉头(forkhead box, Fox)转录因子是对异常头果蝇突变体的研究中发现的,在众多的家族成员中,研究最深入的是叉头转录因子O亚家族(forkhead transcription factor group O, Fox O)[30]。 Fox O在哺乳动 物中的成 员包括Fox Ol、 Fox O2、 Fox O3和Fox O4,主要参与细胞周期调控、DNA修复等。利用RT-PCR方法,以提取猪脂肪组织总RNA为模板,在成功扩增得到长度为414 bp的猪Fox Ol基因c DNA部分序列的基础上,运用RACE技术成功得到了猪Fox Ol基因c DNA全长[31]。

利用RT-PCR法检测6月龄八眉、长白和长×八杂交猪后腿部比目鱼肌、腓肠肌和趾长伸肌中Fox Ol基因的表达量[32],结果发现,Fox Ol基因在八眉猪和杂交组合猪骨骼肌中的表达量均显著高于长白猪, 表明Fox O1很可能对猪骨骼肌的含量进行负调控, 此基因很可能是导致不同经济类型猪肌肉发育过程产生差异的主要基因之一[33],同时还发现在以IIb型纤维为主的趾长伸肌中表达丰度远远高于以I型纤维为主的比目鱼肌,表明Fox Ol基因的表达与I型肌纤维的含量成反比,Fox Ol基因调控不同经济类型猪品种骨骼肌的发育。同年,又研究发现Fox Ol和成肌分化抗原(myogenic differentiation antigen, Myo D)基因m RNA的表达在不同经济类型猪肌肉发育中存在负相关,相关系数为0.728[34]。利用RT-PCR、Western blotting等检测在猪成肌细胞分化过程中Fox O1早期和晚期Myo D及肌细胞生成素 (myogenin, Myo G)的表达变化,结果发现,尽管Fox O1 m RNA表达量显著增加,但总蛋白量变化不显著,显著上调了其磷酸化水平[35];同时,高表达Fox O1的猪成肌细胞中,Myo D蛋白变化不显著, Myo G水平却明显降低,表明猪成肌细胞的分化时间推迟及被抑制分化很可能是因为Fox O1作用的结果。Fox O1在180日龄大白猪比目鱼肌、趾长伸肌、 腓肠肌和背最长肌中的表达差异均不显著,其蛋白表达与My HC各亚型呈显著相关,用青霉素(wortmannin)处理原代培养的猪骨骼肌成肌细胞的第3和5天时,Fox O1蛋白与My HC I、My HC IIa和肌细胞增强因子2c(MEF2c)表达均呈显著负相关[36],表明Fox O1很可能是通过抑制My HC I的表达来调控肌纤维类型。Fox O1很可能是通过抑制神经钙蛋白(calicineurinm, Ca N)/活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells, NEAT)信号通路或Ca N/ MEF2信号通路对I型肌纤维的表达进行负调控[37]; 2、5月龄民猪和长白猪的肾周脂肪中Fox Ol基因表达量极显著高于1、6、8月龄,并发现Fox O1可能通过抑制PPARγ、 CCAAT区/增强子结 合蛋白 α (CCAAT/ enhancer binding protein α, C/EBPα) 基因的表达来减少脂肪沉积[38]。

4钙蛋白酶抑制蛋白(Calpastatin,CAST)基因

钙蛋白酶抑制蛋白(calpastatin, CAST)基因是一种特定的、内源性的、需钙激活的蛋白酶抑制剂,被定位于猪的2号染色体上[39]。CAST基因与肌肉嫩度存在极其紧密的联系,其产物对于肌肉生长过程中蛋白质的更新具有重要作用。在细胞内普遍存在着需钙蛋白酶(calpain)的蛋白水解系统,大量参与到生长和代谢过程。钙蛋白酶系统主要包括钙蛋白酶和钙蛋白酶抑制蛋白。钙蛋白酶根据其表现半最高活性所需的Ca2 +浓度分为2类,钙蛋白酶1 (u-calpain)和钙蛋白酶2(m-calpain)。活体屠宰后较低浓度的Ca2+就可以激活u-calpain,使其表现出蛋白水解酶活性。如果附近有CAST,就可迅速与u-calpain结合,抑制蛋白酶的活性,从而抑制肌肉内蛋白质的降解,促进蛋白质的合成,提高肌细胞生长速度[40]。猪肉的嫩度与CAST/u-calpain的活性比值有密切的联系,活性比值越大,CAST的量相对越大,钙蛋白酶抑制蛋白对钙蛋白酶的抑制作用越强,肉的嫩度越好[41]。对125头杂交猪进行多态位点研究并分析其对猪的肉质和背膘的影响时发现, 其中A、B 2个位点均对肌内脂肪含量有显著影响, B、C、D 3个位点均对背膘厚有显著影响[42]。对3个猪品种钙蛋白酶抑制蛋白基因多态性进行了研究,结果发现钙蛋白酶抑制蛋白基因的一定基因型与猪肉的嫩度存在相关性。由此看来,钙蛋白酶抑制蛋白主要通过影响猪肉的嫩度来改变猪肉的肉质性状[43]。

5促黑激素皮质素4受体(Melanocortin-4receptor,MC4R)基因

促黑激素皮质素4受体(melanocortin- 4 receptor, MC4R),由332个氨基酸残基组成,是跨膜G-蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCRs)超家族的成员之一[44]。MC4R能够通过中枢神经系统调节体重,主要表现为抑制摄食,导致血糖、胰岛素和瘦素水平降低,从而减少体脂、降低体重,在动物的体重、能量稳态和采食量的调控中具有重 要作用[45]。 猪MC4R基因位于1号染色体q22-27处,与猪1号染色体上的数个标记明显连锁,用两点连锁分析得到的两个离MC4R基因最近的连锁标 记是SO3113(0, 17.76)和S0082(0.05, 14.74)[46]。

MC4R基因型与背膘厚和生长率以及采食量呈强相关,AA基因型背膘比BB基因型薄9%,BB基因型比AA基因型日增重高37 g/d,且差异显著[47]。不同的MC4R基因型间肉质指数、最后肋骨处背膘厚、腰部背膘厚、平均背膘厚、平均日增重、肌肉中乳酸的集中差异显著[48]。猪MC4R基因第7跨膜结构功能区域的一个高度保守区存在G-A错义突变,产生Taq I酶切位点的改变,这一突变使MC4R蛋白第298位氨基酸天冬氨酸被天冬酰胺代替[49]。对不同品系猪该位点的多态与生产性能关系的研究,证实了MC4R基因型与背膘厚、生长率和采食量呈强相关[50]。猪MC4R基因存在一个氨基酸编码的错义突变,可导致猪胴体重和采食量显著变化[51]。

综上所述,Leptin、UCP3、Fox O1、CAST、MC4R基因对猪的脂肪沉积与代谢均起重要作用。尽管对这些基因的结构和表达调控规律有了一些认识,但具体调控机理和分子机制还有待于从细胞水平和分子水平上作进一步研究[52]。另外,希望在不久的将来能利用这些猪肉质性状主要功能基因进行肉质改良等育种工作,为优质肉质性状的猪品种的育种实践提供依据,从而获得更高品质的猪肉来满足人们的需求[53]。

摘要：猪肉品质性状改良是当今遗传育种界的研究热点之一,脂肪性状是肉质的一项重要指标。本文综述了影响猪脂肪性状的几个功能基因,即瘦素(Leptin)基因、解偶联蛋白3(UCP3)基因、叉头转录因子O亚家族1(Fox O1)基因、钙蛋白酶抑制蛋白(CAST)基因、促黑激素皮质素4受体(MC4R)基因的研究进展,以期为改善猪脂肪性状提供参考。

牦牛数量性状基因的研究进展 篇8

关键词：牦牛,生产性能,基因,数量性状

牦牛 (Bos grunniens) 主要分布在青藏高原、天山山脉、阿尔泰山脉、萨彦岭至贝加尔湖的东南部, 全世界现有牦牛1 500多万头, 中国有1 400 多万头, 约占世界牦牛总数的95 %[1]。牦牛对高寒草地生态环境条件具有很强的适应性, 能在高海拔、高寒、饲养管理粗放的恶劣环境下生存、繁衍, 对牧区经济发展具有重要作用。牦牛属原始品种, 无专门化的经济用途, 集乳、肉、毛、皮、役等生产性能于一身, 样样俱全, 但都不突出。笔者仅就与牦牛生产性能相关的主要数量性状基因的研究作一综述。

1 生长激素及其受体基因的研究进展

生长激素 (GH) 是由脑垂体前叶嗜酸性细胞分泌的一种多肽类激素, 具有促生长、促蛋白合成及影响糖和脂肪代谢的作用。牦牛生长激素基因位于19号染色体上, 序列全长2 847 bp, 由5个外显子和4个内含子构成[2], 与黄牛同源性为98 %, 与水牛、山羊、绵羊同源性分别为96 %、94 %、93 %[3], 其编码序列长654 bp, 含有起始密码子ATG和终止密码子GAT, 编码217个氨基酸。与黄牛相比, 核苷酸序列在第607个碱基处存在C-A变异, 但未导致精氨酸的变化。研究表明, 牦牛与黄牛在生长激素组成上没有差异, 其氨基酸序列与山羊、 绵羊、 马、 猪、 猫和犬的同源性分别为99.1 %、98.6 %、88.9 %、88.5 %、88.9 %和 89.4 %[4]。生长激素能促进动物生长发育, 具有增加动物体重、产毛量、产乳量、提高饲料转化率和瘦肉率等重要功能, 是研究家畜生产性能的理想候选基因。目前, 对牦牛生长激素基因的研究多集中于多态性与生产性能的相关性分析及编码蛋白的表达和结构预测方面。研究发现, 牦牛生长激素基因第1, 2, 4外显子不存在多态性, 在第3内含子上存在C-T转换, 形成A、B 2个等位基因, 第5外显子存在G-T颠换, 形成C、D等位基因, 但该突变并没有引起氨基酸变异。而且, 这2个位点的多态性比较贫乏, Hardy -Weinberg平衡检验结果表明, 我国牦牛的这2个位点也处于不平衡状态。研究发现L牦牛生长激素基因第3内含子对体重有显著影响, AA型体重最大, BB型最小;对体长也有显著影响, AA型最长, BB型最短;对体高、胸围、管围无显著影响 (P>0.05) 。在第5外显子上, 发现其对牦牛的体重、体斜长、体高、胸围均无显著影响, 这一研究结果与对黄牛的研究结果并不一致[5]。

生长激素是一种生物大分子, 不能直接透过细胞膜, 必须由生长激素受体介导将信号传到细胞内, 从而产生生理效应。所以, 组织内生长激素受体含量多少与功能正常与否直接影响生长激素生理效应的发挥, 亦可以影响到产奶、产肉等性状。牛生长激素受体基因位于20号染色体的长臂q17带上 [6]。大多数哺乳动物的生长激素受体基因由10个外显子和9个内含子组成。Hale C S等[6]对牛生长激素受体基因的多态性与其生产性能进行了相关性分析, 结果表明, 部分对生产性能有较大影响的多态位点, 以生长激素受体为主要候选基因, 研究其遗传变异与其经济性状的相关性, 具有重要的意义。目前, 对牦牛生长激素受体基因的研究较少, 张森等[7]对我国的甘南牦牛、天祝白牦牛、青海高原牦牛这3个地方品种的生长激素受体基因的研究发现, 在3个地方品种中均检测到了AA、AB和BB基因型, B等位基因为3个牦牛品种的优势等位基因。从基因频率和基因型的分布来看, 天祝白牦牛B等位基因频率较甘南牦牛和青海高原牦牛低, 而且天祝白牦牛的基因型分布与甘南牦牛和青海高原牦牛之间差异极显著 (P<0.01) 。在生产实际中, 甘南牦牛和青海高原牦牛体格和生长发育情况比较接近, 体格较天祝白牦牛大。这是否预示着BB型与牦牛的生长发育存在一定的正相关, 还需进一步研究。张润锋[8]对我国牦牛个体的生长激素受体基因第10外显子的研究发现, 在257位处存在A-G突变, 导致了编码氨基酸的改变 (Ser-Gly) , 此处属于低度多态位点, χ2检验结果表明, 该位点处于Hardy-Weinberg平衡状态。对生长性状的相关分析结果表明, 在南阳牛生长过程中, 生长激素受体基因外显子10的单核苷酸多态性 (SNP) 对坐骨端宽性状的效应显著; 6月龄南阳牛纯合GG型个体的体高显著高于杂合个体和纯合AA型个体。12月龄南阳牛GG型个体的胸围明显高于杂合个体, 但对牦牛未作生产性能的相关研究。

2 胰岛素样生长因子系统

胰岛素样生长因子是发现较早的一类生长因子, 早在1957年Salmon等人对其就有相关描述, 后来研究发现其氨基酸序列与胰岛素有很高的同源性, 因而得名。胰岛素样生长因子家族 (IGFs) 由2种同源的相关多肽IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ组成。IGF-Ⅰ是由70个氨基酸组成的蛋白质, 其结构与胰岛素原相似。一般认为, IGF-Ⅰ是哺乳动物和禽类真正的生长调节因子, 生长激素抗体的促生长作用是通过IGF-Ⅰ介导的, IGF-Ⅰ对动物的生长发育和繁殖都有促进作用。IGF-Ⅱ又称为生长调节素A, 是目前所知功能最复杂多样的生长因子。Goodan J J等[9]将牛的IGF-Ⅱ定位在第29号染色体短臂的端粒区, 由10个外显子构成, 但没有4b外显子。IGF是一类既有胰岛素样合成代谢作用又有促生长作用的多肽, 能介导生长激素抗体促进多种组织细胞生长代谢, 对胚胎、神经、骨骼肌、骨骼的发育和细胞增殖、转化等都具有重要作用, 是一类多功能细胞增殖调控因子。潘和平等对大通牦牛IGF-Ⅰ基因遗传多态性的研究发现, 在其第2外显子348 bp长的一段序列中含有A、B 2种等位基因, 其基因频率分别为0.903, 0.097, 通过对生长发育性状的相关研究发现, 大通牦牛品种中基因型为AA的个体生长性状有高于AB和BB基因型的趋势, 可以作为大通牦牛品种选育的候选基因。姚玉妮等[10]对大通牦牛、青海高原牦牛、天祝白牦牛、甘南牦牛、新疆牦牛5个类群的IGF-Ⅰ和IGF-Ⅰ受体基因进行了多态性检测, 发现牦牛IGF-Ⅰ第1内含子和第5外显子均存在2个等位基因, 在5个类群中等位基因A表现为优势基因, 后者仅在大通牦牛中能检测到。IGF-Ⅰ受体基因多态性是由碱基C-A突变引起, 在此位点5个群体均处于Hardy-Weinberg平衡状态。对大通牦牛生产性能相关性的研究发现, IGF-Ⅰ第1内含子上AA基因型对6月龄、12月龄的活体重呈显著正相关 (P<0.05) , 对6月龄体斜长呈显著正相关 (P<0.05) , IGF-Ⅰ受体第1外显子AA基因型对12月龄体重、体长及18月龄体高呈显著正相关 (P<0.05) 。王丁科等[11]检测牦牛IGF-Ⅱ基因第2, 7, 8内含子的多态性对体重、体高、胸围和体斜长的遗传效应时发现, 内含子7的存在91位点C-T转换, 内含子8存在330位的G-C和358位的A-G转换, 2片段均存在AA、AB、BB 3种基因型。研究发现, 内含子7在大通牦牛、青海高原牦牛和新疆巴州牦牛群体中处于平衡状态, 而在甘南牦牛和天祝白牦牛群体中则处于极端不平衡状态。内含子8在新疆牦牛群体中处于不平衡状态, 对生产性能相关性的研究发现, 该位点AA和AB基因型个体活重极显著高于BB型个体, 但在体高、体长和胸围性状上AA与BB基因型差异不显著 (P>0.05) , 说明IGF-Ⅱ基因有不依赖于骨骼增长而增加体重的作用机制。刘振山等[12]检测成年犏牛及其双亲睾丸组织IGF-Ⅱ基因的mRNA表达水平及其血液和睾丸组织中IGF-Ⅱ基因第10外显子DMR区DNA甲基化状态, 结果发现犏牛睾丸组织中IGF-Ⅱ基因mRNA表达水平极显著低于其双亲 (P<0.01) , 血液和睾丸中IGF-Ⅱ基因的DNA甲基化程度较高, 其中犏牛高于其亲本, 但没有达到显著水平。研究表明, IGF-Ⅱ基因mRNA表达水平与牛精子发生有关, 推测其可能在牛的精子发生过程中发挥重要作用, 并可能与雄性犏牛不育有关。

3 肌肉生长抑制素基因和激素敏感脂肪酶基因

肌肉生长抑制素 (MSTN) 基因属于转化生长因子超家族成员, 是近年来发现的一类重要的肌肉生长负调控因子, 它抑制生肌决定基因 (MyoD) , 又称生肌调节因子 (MRFs) 家族成员转录活性, 并负向控制肌细胞的生长发育, 其表达量与肌肉重量的变化呈负相关[13]。家畜肌肉生长抑制素基因活性丧失可能造成其肌肉体积增大, 体重增加。梁春年等对甘南牦牛、天祝白牦牛、青海高原牦牛、大通牦牛、新疆巴州牦牛5个群体共401头个体的肌肉生长抑制素基因第2内含子的多态性进行的研究发现, 在不同牦牛群体中均可检测到A、B 2个等位基因, 其中B等位基因为优势等位基因。在新疆巴州牦牛群体中未检测到AA基因型, 其他4个群体中均发现AA、AB和BB 3种基因型, χ2检验发现该基因座上甘南牦牛、天祝白牦牛、青海高原牦牛3个群体处于Hardy-Weinberg平衡状态, 大通牦牛、新疆巴州牦牛2个群体处于不平衡状态。冀德君等研究了中国普通牛、瘤牛、大额牛和牦牛4个牛属肌肉生长抑制素基因外显子核苷酸序列的多态性, 结果发现4个牛属的肌肉生长抑制素基因共存在7个多态位点, 牦牛与瘤牛和普通牛在2个位点上存在特殊碱基[14]。

激素敏感脂肪酶 (HSL) 是激素敏感脂肪酶基因的表达产物, 是动物脂肪组织中三酰甘油分解时的关键酶和限速酶, 近年的研究结果表明, 激素敏感脂肪酶基因可以作为家畜脂肪代谢的候选基因。马志杰等对九龙牦牛、麦洼牦牛和巴州牦牛激素敏感脂肪酶基因Ⅰ外显子部分序列进行了Sma Ⅰ酶切, 结果发现, 3个类群都具有酶切多态性, 表现为AA和AB 2种基因型, A基因为优势等位基因, 前2个类群均没有检测到BB基因型, 仅在巴州牦牛中检测到BB基因型, 序列测定发现第70位发生单碱基突变 (G-A) , 导致编码氨基酸由甘氨酸转变为精氨酸。在该位点上的χ2检验结果表明, 3类群均处于Hardy-Weinberg平衡状态。

4 其他数量性状基因

脂蛋白脂肪酶是一种蛋白水解酶, 人类脂蛋白脂肪酶是由448个氨基酸残基组成。该酶广泛存在于不同组织中, 在脂肪细胞和骨骼肌细胞中含量较高, 在肝素的作用下释放进入血液循环, 在毛细血管内皮腔与载脂蛋白Ⅱ结合发挥作用, 或储存于脂肪肌肉中分解供能。邢成锋[15]在牦牛H-FABP基因片段中发现3处多态位点, 分别位于第1, 2, 3内含子中;外显子中未发现多态位点。第1内含子发生A-G的基因突变, 该位点与牦牛的体重显著相关, 与胸围极显著相关;第2内含子发生T-C的基因突变, 该位点多态性与牦牛的体重、体长和胸围显著相关;第3内含子基因片段发现的多态位点与牦牛的体重、体高、体长、胸围的相关性不显著。牛κ-CN基因位于第6号染色体上, 属单拷贝基因, 全基因大小约13 kb, 含有5个外显子, 其中第4个外显子最大, 且存在Hind Ⅲ和Pst Ⅰ的PCR-RFLP酶切多态性[16]。κ-CN基因与牛的生长发育、泌乳性能及繁殖性能等有着密切的关系。白文林等[17]利用PCR-RFLP技术检测了大通牦牛κ-CN基因部分序列的遗传多态性, 结果发现在大通牦牛群体中存在遗传多态性。κ-CN基因PCR-RFLP位点等位基因A和B的基因频率分别为0.112和0.888。κ-CN基因PCR-RFLP位点的基因型分布均极显著偏离Hardy-Weinberg平衡定理 (P<0.01) , 但其与生产性能的相关性未见报道。

鱼类脂肪性状相关基因的研究进展 篇9

1 鱼类脂肪性状相关基因

目前,通过基因克隆方法,在鱼类中发现的主要脂肪性状相关基因有脂肪酸结合蛋白(Fatty acid binding protein, FABP)超家族、肥胖基因(obese, OB)及其受体、解偶联蛋白(Uncoupling protein,UCPs)、黑素皮质素受体(melanocortin receptors, MCRs)、脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase, LPL)等,由于这些基因在脂类代谢中的功能差异,所以表达模式和调控机制也各不尽同。另外,在核内还发现一个重要的基因—转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体(proxisome proliferators activated receptor, PPAR),研究结果证实其可以调控体内能量、脂质和脂蛋白代谢平衡,在脂肪细胞分化、生成和代谢等多方面起到重要的调控作用。

2 鱼类中脂肪性状相关基因的研究进展

2.1 脂肪酸结合蛋白基因

脂肪酸结合蛋白超家族是由一族小分子可溶性蛋白质组成,分子量大小约为14～15 kDa,可以高亲和力地与长链脂肪酸、胆汁酸或类维生素A等结合。根据分离或鉴定的第一个组织命名,目前脂肪酸结合蛋白可以分为心脏型(H)、肠型(I)、脂肪细胞型(A)、髓磷脂型(My)、回肠型(Il)、肝型(L)、脑型(B)和上皮型(E)等[2]。每一类型的脂肪酸结合蛋白有自己独特的组织表达模式,同时在同一细胞类型中也存在着不同的脂肪酸结合蛋白的共表达,这些表明每一种脂肪酸结合蛋白在动物体脂类代谢中有着特异的功能[3]。

2.1.1 肝脏基本型脂肪酸结合蛋白(Lb-FABP)

与哺乳动物不同,在鱼类肝脏中发现了Lb-FABP,例如斑马鱼(Danio rerio)[4]、肺鱼(Lepidosiren paradoxus)[5]、鲤鱼(Cyprinus carpio)[6]、鲨鱼(Halaetunus bivius) [7]和鲶鱼(Rhamdia sapo)[8]等。通过筛选鲤鱼肝脏cDNA文库,只发现Lb-FABP,而L-FABP则不存在。鲤鱼Lb-fabp mRNA在肝脏表达量最高,在肠中也有较高表达量,其他组织RT-PCR无法检测到或表达量极低。同样,利用RT-PCR方法也只在斑马鱼肝脏、肠和精巢中检测到Lb-fabp mRNA的表达。而在鲶鱼中,免疫组化分析结果显示只在肝脏检测到Lb-FABP蛋白。同时,在鱼类早期胚胎发育中也有Lb-fabp基因的表达,例如:在斑马鱼受精后48h胚胎中已能检测到Lb-fabpm RNA的表达。在鲤鱼神经胚阶段Lb-fabp开始表达,随后表达量逐渐升高。在鲨鱼中研究得出,Lb-fabp与棕榈酸、油酸的亲和力较低,与亚麻油酸、花生四稀酸和其他一些与肝脏代谢功能密切相关的疏水性配体有较高的亲和力[9]。

2.1.2 心脏型脂肪酸结合蛋白(FABP3)

FABP3基因序列已在斑马鱼[10]、4种南极硬骨鱼类[11]、鲨鱼[12]和虹鳟(Oncorhynchus mykiss)[13]中克隆得到,该基因结构包含4个外显子和3个内含子。尽管其氨基酸序列和基因结构等与哺乳动物的同源物有很大保守性,但其组织表达模式却不尽相同。利用原位杂交方法只在斑马鱼卵巢和肝脏组织中检测到fabp3 mRNA,其他组织例如脑、心脏、肠、肌肉、皮肤和精巢等只有在更灵敏的RT-PCR条件下才能检测到。而在4种南极硬骨鱼类中其表达模式却与哺乳动物类似,在心脏、肌肉和脑中有较高的表达水平,在肝脏中检测不到其表达。Liu RZ等[10]对斑马鱼和哺乳动物H-fabp基因上游启动子序列分析表明,表达模式的不同可能是由于上游启动子区域所含有的顺式作用元件的不同所导致。在鲨鱼中,H-fabp与棕榈酸有较高的亲和力,表明其在β-氧化中发挥着重要作用[12]。

2.1.3 肠型脂肪酸结合蛋白(I-FABP)

I-FABP与长链脂肪酸特异性结合,参与了对食物中的脂肪酸摄取和脂肪酸在细胞内的转运。斑马鱼I-fabp基因[14]包含4个外显子和3个内含子,在肠、脑、肝脏、肌肉和精巢中能检测到其mRNA表达,其中肠中有最高表达量,脑次之。在斑马鱼胚胎受精后12h能检测到I-fabp mRNA的表达,主要分布在肠泡、肝脏和胰脏的原基。André M等[15]用原位杂交的方法进一步对I-fabp mRNA在斑马鱼肠不同部位的表达模式进行了研究。结果显示,I-fabp mRNA在前肠及其边缘膨胀区有强烈的表达,而在食道粘膜和直肠中表达微弱,在后肠则没有表达。I-FABP在肠中不同部位的分布表明其与肠上皮细胞中脂滴的储存和极低密度脂蛋白的大量合成有关。

2.1.4 脂肪型脂肪酸结合蛋白(FABP4)

目前在鱼类中,只在斑马鱼这一模式动物中克隆得到了FABP4[16]。斑马鱼fabp4基因包含4个外显子和3个内含子,其cDNA全长674bp,编码134个氨基酸组成的FABP4蛋白,分子量13.4kDa,等电点7.8。其基因上游5-UTR序列含有一个AP1结合位点和2个CCAAT框元件。尽管在小鼠中的研究表明,在脂肪细胞的分化中这两种顺式元件对fabp4基因的表达有重要的调控作用,但其在鱼类中对脂类代谢和脂肪细胞分化的具体功能还需要进行深入的研究。

2.1.5 回肠型脂肪酸结合蛋白(FABP6)

斑马鱼FABP6是第一个在鱼类中发现的回肠型FABP(Il-FABP),由131个氨基酸组成,分子量为14.4kDa,等电点6.59[17]。斑马鱼fabp6基因在受精后48h时无表达,72h时在肠远端部位(类似于哺乳动物的回肠部位)大量表达并在随后的发育中在此部位保持较高的表达量。在成体中fabp6 mRNA在肠的远端部位、心脏、肝脏、卵巢和肾脏中表达量较高,而在皮肤、脑、鳃、眼和肌肉中则没有检测到表达。这些结果表明,鱼类中FABP6与在哺乳动物中功能类似,可能在脂类物质于回肠部位的摄取发挥着重要作用。

2.2 肥胖基因(Obese)及其蛋白受体

2.2.1 基因结构及表达

Obese编码的产物称之为瘦素(Leptin),具有多种功能,其中最突出的功能是作用于下丘脑的体重调节中枢,引起食欲降低、能量消耗增加,从而降低脂肪沉积、抑制体增重。其生物学效应是通过其受体来实现的。在鲤鱼中克隆得到了两种ob基因序列ob1和ob2,分别编码Leptin-Ⅰ和Leptin-Ⅱ[18]。氨基酸序列分析表明二者有82%的一致性,但二者与哺乳动物的Leptins则低至20%～25%,与红鳍东方魨(Takifugu rubripes)[19,20]Leptin也仅有26%～28%。鱼类ob基因主要在肝脏(含有大量脂肪)中表达,Leptin受体mRNA则在垂体和卵巢中有大量表达,脑、肝脏和精巢中也有适量表达。鲤鱼两种ob基因的表达模式类似,均在肝脏都有较高的表达量,但Leptin-Ⅱ的表达量要高于Leptin-Ⅰ[18]。无独有偶,最近在日本青锵(Oryzias laiipas)中也发现了两种Leptin (mLEP-A和mLEP-B)及其受体基因[21],但表达情况却不尽相同。mLEP-A mRNA主要表达在肝脏,而mLEP-B mRNA则在脑和眼中有较高的表达量。这表明编码的两种Leptin可能具有不同的生物学功能。

2.2.2 Leptin的功能

在虹鳟中,重组的Leptin能够抑制摄食,并短暂降低NPY mRNA表达[22],而阿片促黑色素原A1 和 A2的表达量则升高。肥胖基因在鱼类中尽管已经取得了一些进展,但是对其功能的研究特别是在脂肪代谢、摄食调控和体重控制方面还需要进一步深入。

2.3 过氧化物酶体增殖物激活受体基因(PPARs)

2.3.1 基因结构与表达

PPARs是属于激素核受体超家族的配体应答型转录因子,共有3种亚型:PPARα、PPARβ和PPARγ。它们由不同的基因编码,结构、功能及在不同组织的表达量都有较大差异,其中对脂肪代谢有影响的主要是PPARα和PPARγ。

牙鲆(Paralichthys olivaceus) PPARγ cDNA序列全长1 667bp,编码532个氨基酸[23]。军曹鱼(Rachycentron canadum)中克隆得到了3种亚型的cDNA序列,长度分别为1 431bp、1 533bp和1 596bp,编码分别由476、510和531个氨基酸组成的蛋白质[24]。序列分析显示,鱼类PPARs与哺乳动物结构类似,均含有核受体的基本结构单元——高度保守的DNA结合区域和配体结合区域。这表明鱼类PPARs具备和哺乳动物PPARs一致的功能。

3种PPAR在成体组织中的表达模式各不相同。在军曹鱼中,PPARα mRNA主要表达在红肌、肝脏和心脏,PPARβ mRNA主要表达在肝脏和幽门盲囊,而PPARγ mRNA分布广泛,但在内脏脂肪中有最大表达量。这与在蝶鱼(Pleuronectes platessa)和金头鲷(sparus aurata)中的研究结果一致[25]。

2.3.2 PPAR的功能

在军曹鱼中,PPARα和PPARγ mRNA表达与脂质沉积具有显著的相关性,提示其在肝脏、肌肉和内脏脂肪的脂肪代谢和储存中扮演者关键作用。转染实验证实PPARγ与哺乳动物PPARγ功能类似,也可以调节牙鲆脂类合成和脂肪生成相关蛋白的表达,从而促进肝脏脂肪生成和脂质沉积。在分化中的真鲷(Pagrus major)脂肪细胞中,2-溴十二酸乙烯(2-bromopalmitate),一种PPAR的激动剂,能增加PPARγ和相关的成脂肪基因的表达,这表明PPARγ在脂肪细胞分化中也扮演者重要作用[26]。同时,营养状态也强烈影响金头鲷和蝶鱼PPAR基因的在肝脏中的表达[25],提示PPAR与鱼类的摄食和营养调控中具有一定的作用。

2.4 脂蛋白脂肪酶基因(LPL)

2.4.1 基因结构

目前,在金头鲷[27]和欧洲鲈[28]中已获得LPL cDNA序列。金头鲷LPL cDNA全长1 669bp,编码由525个氨基酸,其中信号肽长度为23个氨基酸。而欧洲鲈LPL cDNA全长3 051 bp,编码518个氨基酸组成的LPL蛋白。尽管在两个物种中氨基酸数目有一定的差异,但氨基酸序列比对结果显示它们的结构与哺乳动物LPL都具有高度的保守性。

2.4.2 脂蛋白脂肪酶基因的表达调控

在鱼类中,LPL mRNA表达具有组织特异性和季节性,例如在金头鲷中肠系膜脂肪组织中LPL mRNA的表达量比在肝脏和骨骼肌中高出数倍,且在春季肠系膜脂肪中LPL mRNA的表达量增加,夏季骨骼肌中LPL mRNA具有最高表达量[27]。

同时,鱼类LPL mRNA表达还受到营养调控。投喂以植物蛋白为基础的饵料后肝脏LPL mRNA的表达量上调,而肠系膜脂肪组织中却下降,以有助于饭食中的脂肪在肝脏中的沉积;饥饿2w可以显著降低金头鲷脂肪组织中LPL的活性,相反注射胰岛素3h后也可以显著增加金头鲷脂肪组织中LPL的活性[27]。Albalat A等[29]在虹鳟中也得出了类似的结果。这些结果表明脂蛋白脂肪酶的活性可能受摄食取的营养物或摄食信号的调控。

2.4.3 脂蛋白脂肪酶的功能

目前研究证实,LPL与脂肪在鱼类性腺中的沉积有关。Northern Blot杂交结果显示LPL 只在脂肪组织和性腺中表达。同时,在性腺成熟指数大于5的欧洲鲈中其LPL的活性和表达水平都非常高,且在卵质中能见到较多数量的脂滴。进一步结果表明,LPL mRNA主要定位在卵母细胞周围的滤泡细胞中,有助于卵母细胞进行脂肪储备[28]。LPL还可以介导肿瘤坏死因子(Tumour necrosis factor α, TNFα)在肌肉和脂肪中的脂解效应。在虹鳟中TNFα刺激24h后可以引起LPL活性的降低,同时也可以抑制LPL基因的转录[30]。

2.5 解偶联蛋白基因

解偶联蛋白是线粒体内膜上阴离子载体蛋白超家族成员,可以通过消耗质子浓度梯度而产生热,同时降低ATP的合成效率。主要有UCP1-5等5种形式。它们的表达模式也各不相同,提示功能的差异。目前在鱼类中的研究主要集中在UCP2。

Stuart JA等[31]发现在变温动物鱼类中也存在UCP2,分别从斑马鱼0d鳍再生cDNA 文库与鲤鱼腹膜溢泌物细胞cDNA 文库获得其cDNA 全序列,均编码由310个氨基酸组成的解偶联蛋白2。氨基酸序列比对表明,它们和哺乳动物的UCP2有大约88%的同源性,而与UCP3、UCP1的同源性分别为70%和59%。随后,在真鲷[32]、虹鳟[33]、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)[34]、鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)[34]、鳙鱼(Aristichthys nobilis)[34]和泥鳅(Cirrhinus molitorella)[34]也克隆得到了UCP2基因的全长或部分序列。鱼类UCP2与哺乳动物UCP2有较高的同源性,表明其可能在线粒体有氧呼吸代谢过程中承担某种最基本的生命功能。

有意思的是,在虹鳟中发现两种形式的UCP2(UCP2A和UCP2B),它们的氨基酸序列有高达93%的同源性,且均在多个组织中表达。但是对虹鳟仔鱼进行饥饿处理后发现,肌肉中UCP2B mRNA 的表达量上升,在重新投喂后降低,而UCP2A mRNA的表达模式则相反,表明它们在虹鳟肌肉中具有不同的代谢作用[33],具体的作用机制还需要进一步研究。

2.6 黑素皮质素受体基因

黑素皮质受体家族共有5个成员(MC1R-MC5R),属于G蛋白偶联受体的一个亚家族。目前,已克隆得到金鱼[35]和欧洲鲈MC5R[36]、鲤鱼MC2R和MC5R[37]和虹鳟[38]MC4R和MC5R等,序列比对结果显示它们与其哺乳动物的同源物有高达69%～71%的同源性。目前关于MCR与脂肪代谢有关的研究只集中在欧洲鲈中。研究结果显示,其mRNA主要表达在脑部,外周组织如肝脏中也有低水平的表达。饥饿处理并没有上调或下调下丘脑中MC5R mRNA的表达量,表明神经中枢MC5R并不参与欧洲鲈的摄食调节。利用MC5R的激动剂体外处理肝脏碎片刺激了肝脏中的脂类分解,表明MC5R参与了肝脏中的脂类代谢。所以,有关鱼类MCR其他成员是否参与了脂类代谢还需要进一步研究。

3 问题及措施

目前,随着对鱼类营养学研究的深入,尽管在鱼类中有关脂肪性状相关基因已取得一定的进展,但这些研究结果对于阐明鱼类脂肪代谢的机制还远远不够,还存在许多问题需要深入探究。主要包括以下几个方面:(1)目前的研究还主要集中在对基因的克隆和表达模式研究方面;(2)对这些基因的功能研究还不够深入;(3)营养状态或脂肪酸在细胞内对这些基因表达的调控机制还不清楚;(4)这些蛋白在脂类代谢调控中的相互作用如何,或者说它们之间是怎么样相互影响基因表达的。所以,要清楚地了解鱼类脂肪性状的控制机制,对这些脂肪性状相关基因的功能及调控网络的研究迫在眉睫。

4 前景与展望

牦牛角性状与相关基因的研究进展 篇10

1 牦牛角的介绍

对于哺乳动物本身,角的基本功能有两个: 一是有效自卫; 二是在繁殖季节作为争夺雌性、争取交配权的工具。自然界中哺乳动物存在5种角,即洞角、瘤角、鹿茸角、犀角、叉角羚角。牦牛角属于洞角,洞角是5种角中最完善的,是牛科动物所特有的,洞角是由额骨生出的突起,外面是遮盖表皮的角质层,角内有一空腔,与额骨的额窦相通,腔扩展进入骨质突起内,角质层永不脱落。研究发现,洞角的角质外壳是由角质小管和管间角质构成的。牛的角质小管排列非常紧密,管间角质很少,羊角则相反。反刍动物的角都是在出生后才逐渐形成的,牛的角原基在70胚龄时就已出现,是皮肤的增厚物。洞角的发生需要额骨骨膜之上结缔组织和真皮层的诱导,被诱发的额骨骨膜生成小的突起,也就是角下连接额骨的底柱部分,与此同时,骨膜上的结缔组织骨化,形成骨质角心,也称角骨。角骨和额骨的突起自一开始就完全接合,没有界限或骨缝,此后整个角心的外面被一层连续的膜包被,并与额骨骨膜相连。洞角角心的生长是额骨生长的小小修改,都是骨骼在结缔组织膜下形成的膜内成骨,即骨组织的生长要么位于其边缘,扩大骨骼的面积; 要么位于其外表面,增大骨骼的厚度。对于洞角来说,角心的生长主要靠尖端部位的骨骼生长,而加粗发生在整个角心的外表面上,因此角心的生长其实就是新的骨骼在顶部和表面一层层叠加的过程[4]。

2 牦牛角性状基因的研究现状

2. 1 微卫星标记和基因芯片方法对牦牛角性状基因的研究

M. Georges等[5]通过微卫星推断控制牛角的基因定位在1号常染色体上,并发现GMPOLL - 1和GMPOLL - 2这两个微卫星标记与1号常染色体相关。B. Harlizius等[6]通过试验检测了几个新的微卫星标记位点与无角性状的相关性,结果发现,无角性状基因在1号常染色体着丝粒附近,且恰好与人的21号染色体的部分区域同源,这部分区域涉及许多功能蛋白的表达,这样极大地增加了无角性状基因在这一区域的可能性。C. Drogemüller[7]对1号染色体进行了精确定位,同时发现了几个新的比较有意义的标记位点,即HSA21、 SYNJ1、SLC5A3、IFNAR1、SLC5A3。C. Drogemüller等[8]又对1号常染色体的一段4 Mb进行了精确分析( 提高分辨率) ,结果发现了16个新标记位点,即SFRS15、C21orf45、C21orf108、C21orf63、C21orf59、C21orf66、 C21orf62、IFNGR2、C21orf4、SON、MRPS6、C21orf82、C21orf51、KCNE1、DSCR1、CLIC6,并且将无角性状基因缩小到1 Mb区域( 很可能在RP42 - 218J17_MS1与BM6438之间) ,在人类的21号染色体上找到了相同区域,并发现有5个标记 ( ARO9、ARO24、TGLA49、SOD1MICRO2、BM6438) 与无角性状紧密相关。D. Seichter等[9]利用牛50KSNP芯片对安格斯、夏洛莱和荷斯坦牛等9个不同品种牛无角基因座进行定位,将无角基因座区间范围缩小至381 kb。M. Mariasegaram等[10]运用33个DNA微卫星确定68头婆罗门牛和20头海福特牛全部的基因型信息,其中16个DNA微卫星将无角基因座定位于IFNAR2和SYNJ1基因区域内,新的微卫星303 bp等位基因———CSAFG29显示与无角等位基因具有强的相关性。利用CSAFG29测定855头婆罗门牛的基因型,确定了这个303 bp等位基因与无角基因座的相关性。通过测定334头安格斯牛、海福特牛、利木赞牛和376头布兰格斯牛、抗旱肉牛、圣热特鲁迪斯牛组成的杂交牛群,303 bp等位基因和无角基因座的相关性在这些牛品种中也被确定。数据显示,CSAFG29与澳大利亚的婆罗门牛无角等位基因的连锁不平衡,可以在婆罗门牛中作为一个诊断标志来诊断无角突变,但是这个结果在其他牛品种中还不确定。

2. 2 单核苷酸多态性( SNP) 方法对牛角性状基因的研究

E. J. Cargill等[11]以荷斯坦牛为样本,进行了与无角性状相 关的SNP位点分析,结果探测 到在BTA01( bovine chromosome 1) 从0. 6 Mb到3. 9 Mb间大约有160 kb存在多态性,并发现在无角性状基因区域有261个突变位点,其中13个SNPs与无角性状相关,而且SNP b SYNJ1_C3981T与无角性状有100%相关。13个SNPs中有3个在SYNJ1基因编码区上( b SYNJ1 _ C3981T在3' UTR、b C2159 _ C193T在5'UTR、b C2159_T372C在编码区上但属于同义突变) ,其余10个在内含子或者基因之间的区域,并且不参加基因调控,这预测b SYNJ1的C3981T突变在3'UTR改变了一个microRNA目标结合位点,可能是调控荷斯坦牛无角性状的功能突变位点。A. Wohlke等[12]以德国荷斯坦牛、利木赞牛、夏洛莱牛、平茨高尔牛为样本,详细分析了b SYNJ1_C3981T突变,结果发现,不同品种纯合子、杂合子无角牛在该突变位点不同,从而排除b SYNJ1_C3981T位点为控制牛无角性状的位点。楚康康等[13]为确定SYNJ1基因与牛角的关联性,利用PCR - SSCP技术并以荷斯坦奶牛、安格斯牛、海福特牛为样本,对SYNJ1基因进行分析,结果未发现SYNJ1基因C3981T位点的SNP与牛角的有无存在关联。W. B. Liu等[14]以51头有角牦牛和50头无角牦牛为样本,利用高分辨率溶解曲线分析技术检测多态性位点在有角 /无角牦牛群体的分布,并进行了遗传统计分析,应用生物信息学分析部分SNPs对基因功能产生的影响,结果表明: 检测到多态性位点61个,其中9个SNP位点与无角性状显著关联( 2个位于3'UTR、5个位于基因内含子、2个位于基因间序列) ,位于3'UTR的2个SNP位点碱基变化导致RNA二级结构发生变化,可能对有角和无角个体SYNJ1基因的表达产生影响; 单倍型分析发现,这9个SNP位点紧密连锁,推断牦牛无角候选基因可能位于9个SNPs之间( 147 kb) ,该区域包括3个已知基 因C1H21orf62、GCFC1和SYNJ1。 N.Wiedemar等[15]运用高密度SNP基因分型方法分析了1 019头不同品种的无角牛,结果发现,在西门塔尔牛和荷斯坦牛中不同,但与无角相关的单倍型在1号染色体上是共连锁的。将西门塔尔牛无角突变的主要区域定位在212 kb,并且确定一个包含荷斯坦牛的无角突变的重叠的932 kb区域。通过测定更多同龄已知角型牛群的基因型,在西门塔尔牛和其他牛群中发现了单个与无角性状完全相关联的插入缺失变异。还测定了在荷斯坦牛中作为无角候选突变的182个序列变异,其中包括一个80 kb的基因组复制和三个已报道过的SNP。

2. 3 牦牛角性状基因的表达研究

M. Mariasegaram等[16]比较分析了有角牛、无角牛、角芽牛基因表达的差异,结果发现: 无角比有角在3,5,18,19号染色体上部分基因表达差异比较大,主要集中在表皮发育、横纹肌收缩、中间纤维、细胞骨架、细胞接头、胞外区上的差异; 选取DSC1和DSG1( 与表皮分化有关) 两个基因通过RT - PCR技术分析发现得到的表达量存在差异,并预测在BTA1上存在可以调控类似EMT( epithelial - mesenchymal transition) 过程的元件。A. Allais - Bonnet等[17]研究发现,在无角基因座上至少存在两个不同的等位基因,并确定每个等位基因的候选基因突变。但这些突变不是位于已知的编码区或调控区,从而增加了探索无角分子基础的复杂性,并认为在PC /P角芽处lincRNA的异常表达可以作为角芽发育不全的可能原因。此外,证明了OLIG2、FOXL2和RXFP2参与了角芽的分化,并绘制了牛、绵羊、山羊之间的第一个无角基因座的连锁。

N. Wiedemar等[15]研究了定位在1号染色体上的注释基因和基因座的差异表达,结果发现了一个仅在奶牛和野生型牛中的已知位点( LOC100848215) ,有角胎儿组织在这个位点比野生型牛无角胎儿组织的表达量更高。这暗示这段长链非编码RNA的存在对于角芽的形成是必要的。

3 展望

近年来,由于无角动物品种( 牛、羊) 的培育可以消除断角带来的应激,也给管理带来了方便,使之变得极其重要。目前,世界各国科学家对牛无角性状的研究越来越多,但牛无角性状可能不是单基因控制,这给研究带来了困难。在国内,对牛角性状研究并不多见,关于牦牛无角性状的研究更是少见。本文从微卫星标记、基因芯片、SNP方法和角型性状基因的表达研究这四个方面阐述了牛无角性状的研究现状,以期为研究牦牛无角性状提供理论依据。因此,对普通牛和牦牛无角性状的研究方向为: 着重比较有角牛和无角牛基因差异,从转录组学和蛋白组学的角度入手研究,为无角牛的培育提供参考。

摘要：牦牛是能在青藏高原恶劣条件下生活和繁衍的牛种。由于牦牛具有较强的野性,易发生争斗,且可能对饲养人员造成伤害,所以给牦牛的饲养管理带来诸多困难。牦牛的培育方向除了提高生产性能、品质性状外,无角性状也是其中一个重要的选育方向。无角牦牛有利于规模化饲养管理,也可避免由于意外伤害造成的经济损失。文章主要从微卫星标记、基因芯片、单核苷酸多态性(SNP)方法和角型性状基因的表达研究四个方面介绍了近年来牦牛角性状的研究进展。