饲料对畜产品品质的影响

来自乡下的狼

饲料对畜产品品质的影响 http://www.aweb.com.cn 2007年12月18日11:07

畜产品（animalproducts）是人类膳食的重要组成部分。广义的畜产品品质包括4个方面，即感官品质（sensoryquality）、营养价值（nutrientvalue）、卫生质量（hygienicquality）和深加工品质。狭义的畜产品品质主要指畜产品的感官品质。感官品质指畜产品对人的视觉、嗅觉、味觉和触觉等器官的刺激，即给人的综合感受。营养价值指畜产品的养分含量和保健功能。卫生质量指食品的安全特性，即食品中有害微生物和有毒有害物质的残留情况。深加工品质指畜产品是否适合进一步加工的品质。畜产品生产者、加工者和消费者对上述4个方面的追求不尽相同。对消费者而言,畜产品的安全是第一位的，至关重要。在安全的前提下，消费者又最关注畜产品的营养价值和感官品质，前者是消费者购买畜产品的动机，后者则是影响消费者是否购买畜产品的重要因素。随着生活水平的提高和对膳食与健康关系的意识增强，人们愈来愈重视畜产品的安全、感官品质和保健功能，对畜产品的追求已逐渐由数量转为质量即对品质的追求。特别是在加入WTO后，我国畜产品生产面临与国际接轨，因此，必须立足国际竞争和养殖业可持续发展战略的高度来重新审视畜产品质量问题，目前的形势与任务赋予优质畜产品生产以更加迫切和重要的意义。畜产品的品质受畜禽遗传特性、营养和饲料、饲养环境以及加工贮存等众多因素的影响，是一个涉及面广、影响因素复杂的问题，其中营养和饲料是影响畜产品品质的重要因素。 　　养殖业可以说是人类用饲料喂养畜禽而换取肉蛋奶等蛋白质产品的过程。饲料是畜禽的食物，饲料质量优质不仅与畜禽生产能力有关，而且与畜产品的质量密切相关。现代人们对于畜产品的品质要求，除外观体脂硬度、胭体瘦肉率、肉品色泽和口感风味外，而更主要的是要求对畜产品卫生质量的控制，特别是那些肉眼看不见、鼻子嗅不着，在一般情况下不易鉴别的内在卫生质量越来越引起人们的重视，因此，要让畜禽生产出让人类放心食用的卫生、安全、且符合质量标准的优质肉、蛋、奶等畜产品，增加人们的一份放心，饲料的品质和安全性是最基本的先决条件。 　　1饲料的品质直接影响音产品的质量 　　不同的畜禽其体脂构成不同，反刍动物的体脂硬度受饲料的影响较小，但猪饲料中脂肪的性质直接影响着体脂的硬度，如育肥后期的猪过量饲喂不饱和脂肪酸丰富的饲料，则会导致猪肉内体脂变软，易发生腐败，不耐贮藏，且不适用于作腿肉和火腿之用，降低了猪肉的品质。因此，育肥后期猪的日粮中不宜过多地搭配玉米、燕麦、米糠等富含（饱和脂肪酸的饲料，应适当搭配含饱和脂肪酸较多的饲料，如大麦、高粱等。 　　畜禽胴体瘦肉率的高低，除因畜禽的品种和经济类型不同而胴体瘦肉表现高低不一样外，一般认为，同一品种和同一经济类型的畜禽，在饲料能值相同的情况下，饲料蛋白质相对较高的，胴体瘦肉率就高，脂肪相对较少。因此，要提高畜禽胴体瘦肉率，必须相对地提高饲料的蛋白质水平，同时，可在饲料中加入适量的合成氨基酸来调整饲料中氨基酸平衡，限制脂肪的沉积，提高畜禽的瘦肉率。 　　畜禽肉品色泽也是决定畜禽肉质的重要因素。饲喂黄色玉米的鸡，鸡体就呈黄色，其品质高于白色鸡。因此在配合日粮时应适当添加含有较高氧化类胡萝卜素或叶黄素的天然着色剂类饲料，如苜蓿粉、松针粉、槐叶粉等。 　　禽蛋的品质包括其营养成分、蛋黄色泽、蛋重等。除蛋白质外，饲料中维生素和微量元素的种类以及含量的多少，将直接影响禽蛋的营养成分，饲料中铁、锰、碘、铜的含量高，则蛋内这些元素的含量就高；家禽补饲青绿多汁饲料或维生素A，可提高蛋中维生素A的含量；勤晒太阳或补充维生素D的家禽，可提高蛋中维生素D的含量；饲料中添加维生素B2、B6，可相应增加蛋中维生素B2、B6的含量，从而提高禽蛋品质。 　　蛋黄色泽受饲料的影响较大，饲料中色素含量较高，蛋黄色泽就较深。品质就较好，因此，在日粮中适量搭配黄色玉和青饲料，或加入草粉等，均可加深蛋黄的色泽。 　　禽蛋的蛋重受饲料蛋白质水平高低的影响，饲料中蛋白质水平偏低，则蛋重低，提高饲料中蛋白质水平，蛋重则增加。 　　奶类的品质一般指乳蛋白、乳脂、维生素和无机元素的含量，以及奶类的风味。饲料对奶类的品质（特别是乳脂）的影响较大。因此，日粮中应适当搭配玉米、燕麦、花生饼、豆饼、鲜草等，尽量减少棉籽饼、菜籽饼以及霉变饲料和饲草的喂量。 　　影响畜禽肉品的口感风味的因素很多，据资料表明，仪化合物方面就不下40余种，如肉用仔鸡饲喂配有鱼粉成分的饲料，其肉质就有鱼腥味，人们一般均感到洋鸡肉口感味道不如当地草鸡肉口感味道纯正可口，而在鸡的饲料中添加2％的大蒜，则可使肉用仔鸡的肉品增香，明显改善肉用仔鸡的肉品质量。 　　2饲料安全直接影响畜产品的安全性 　　饲料是人类的间接食品，饲料中有毒有害物质在畜产品中的残留，不仅给养殖业带来经济损失，还直接威胁人类的健康，人类常见的癌症、抗药性以及某些中毒现象均与畜产品中的抗生素、激素。重金属和其他合成物质的残留有关，如饲料中抗生素等药物饲料的大量使用，会使人体对化学药物发生钝化乃至出现耐药性，给人的疾病治疗带来困难。有毒有害物质铅、砷、氟等的大量残留，以及高铜、高锌、有机砷的大量使用，必将通过饲养畜禽的排泄物，造成土壤和水源污染，对人类的生活环境构成威胁。随着畜牧业的发展，人们对畜产品的消费需求已由过去的数量型转变为质量型，追求无污染、无残留和无公害的安全食品已逐渐成为人们的消费时尚，饲料行业也由关注产品产量的增加，转变为关注饲料产品质量的提高和饲料产品对畜禽乃至对人类安全性的影响。我国政府已把饲料安全质量问题提高到了一个新的高度，无论在饲料立法和饲料市场整治力度上都是空前的，其主要措施包括：对《饲料和饲料添加剂管理条例》进行了修改，增加了保障饲料安全的内容；加大了饲料安全检查力度；启动了饲料安全工程。作为畜禽养殖者，应加强饲料安全卫生的控制、检测和监督管理，正确掌握饲料和饲料添加剂的使用方法，尽量减少不必要的药物饲料添加剂的使用，同时，避免使用抗生素、激素、重金属和其他非法违禁药物，以确保饲料的安全，从而确保畜产品的安全性。

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影响猪肉质性状的基因及其表达调控

长期以来，国内外学者对猪研究重点主要集中在提高猪生长速度和增加瘦肉率方面，并取得了显著的成果，但片面追求高瘦肉率和高生长速度，导致了肉质性状的严重下降。随着人们生活水平的不断提高，猪肉的肉质问题已引起消费者和生产者的广泛关注。猪的肉质性状主要包括背膘厚度、肌内脂肪含量、眼肌面积、pH值、肉色、嫩度、系水力和滴水损失等。其中大多数肉质性状属于数量性状，归根结底由多基因控制。本文重点综述一些功效基本明确的影响肉质性状的基因及其表达调控，以期从分子营养方面找到有效改良肉质性状的途径。
1 氟烷基因（Halothane gene, Hal）
氟烷基因又称氟烷敏感基因或猪应激综合症基因，是发现较早的主基因之一。猪的氟烷基因是影响猪肉质的主效基因，它是一个具有不完全显性的常染色体上的隐性基因，该基因的隐性纯合子（halnhaln）易产生应激综合症，从而降低猪肉品质。
1.1氟烷基因对肉质的影响
氟烷基因的隐性纯合子易导致猪应激综合症（Porcine Stress Syndrome, PSS），即猪在应激条件下产生的恶性高热猝死以及肉质变劣等的综合症状，其中恶性高热综合症（Malignant Hyperthemia Syndrome，MHS）是PSS的典型特征。Machennan等（1990）对恶MHS进行了一系列分子水平的研究，发现MHS与兰尼定受体基因（Ryanodine Receptor Gene,RYR1）有关。Fujii等（1991）[1]进一步证实MHS的发生是由于兰尼定受体基因突变所致，即第六条染色体上RYR1中 C1843→T1843，使得氨基酸序列上的Arg615突变为恶性高热的Cys615。RYR1是骨骼肌细胞内肌浆网上控制钙离子（Ca2+）进出肌纤维的通道，应激敏感猪改变了兰尼定受体结构，影响了受体的正常功能，使通道失常，表现出通道的关闭及泵的作用受到抑制，在刺激因子如氟烷麻醉下造成Ca2+的大量析出，引起电解质代谢紊乱，出现肌肉僵直，体温剧烈升高等恶性高热症。并且大量析出的Ca2+激活肌纤维三磷酸腺苷酶和磷酸化酶而加强糖原酵解(Scopes,1974)，进而产生大量的乳酸，致使pH值迅速降低，肌红蛋白变性，肌纤维急剧收缩，肌内膜断裂而导致肌浆游离，发生肌蛋白变性，最终产生PSE肉。
氟烷基因对肉质的影响具有双效性。一方面氟烷基因携带者(Nn和nn)可增加屠宰率和瘦肉率，眼肌面积也有所增加。所以氟烷基因对提高瘦肉率有积极作用。但另一方面，氟烷基因隐性猪在应激因子(如运输、转栏、高温、预防注射等)的作用下会诱发高热综合症，产生高频率的PSE肉。
1.2 氟烷基因的表达及其调控
虽然PSE肉的发生是由外界应激因子诱发的遗传性问题，但其表现的程度可通过营养手段加以调控。Campion等(1971)证实,高剂量镁可提高肌肉的初始pH值,降低糖原酵解速度,减缓pH值的降低，从而延缓应激敏感猪尸僵的发生（杨林生译，1994）。Ferket等（1994）认为，高剂量镁（1000mg/kg）可在动物应激状态中作为肌肉松弛剂和镇静剂，能够减少屠宰时儿茶酚胺的分泌，降低糖原分解速度和糖酵解速度，从而改善肉质，减少PSE肉的发生。
锌和锰是超氧化物歧化酶的激活剂, 提高饲粮中锌和锰的水平也有助于防止PSE肉的产生。Kerth等（2001）[2]证实在屠宰前36-70d的日粮中添加600IU/kg的维生素E，可提高猪背最长肌pH值，改善猪腰肌的色度和多汁性，显著降低PSE肉的发生率。
另外，日粮营养对氟烷基因的表达还与外界刺激存在互作效应。环匹阿尼酸(cyclopiazonic acid，CPA)是从大量的谷实类植物中分离出的曲霉菌和青霉菌代谢产生的有毒副产物。MH（malignant hyperthermia）基因型和饲料中CPA间的互作可影响骨胳肌对Ca2+的敏感性(Huchet和Leooty,1993)而进一步增强屠宰后骨骼肌的新陈代谢，从而增强PSE肉的产生几率。Byrem等（1999）[3]在已知MH基因型(NN＝正常，Nn＝MH携带者，nn＝MH阳性)达出栏重的阉公猪日粮中添加不同水平的CPA(0.1-50mg/kg饲粮)，结果发现CPA在室外温度为2℃环境下对动物的生产性能和肉质均无影响(P＞0.2)，而在室外温度为-18℃的环境下，nn型猪采食量、平均日增重(ADG)和pH45（屠宰45分钟后的pH值）均与CPA呈依赖性降低(P＜0.05)，从而证实了MH和日粮CPA对骨胳肌Ca2+平衡和PSE肉的产生之间有互作的可能性。
2脂肪酸结合蛋白(FABP)基因
　脂肪酸结合蛋白(fatty acid-binding protein gene, FABP)是一族小分子细胞内蛋白质, 对长链脂肪酸有很高的亲和力, 能把脂肪酸从细胞膜转运到细胞内利用位点, 在长链脂肪酸的代谢中起重要作用。目前已发现至少存在9种类型的FABP, 分别为肝型(L)、肠型(I)、心型(H)、脂肪细胞型(A)、脑型(B)、回肠型(I1)、上皮细胞型(E)、髓磷脂型(My)和睾丸型, 并以分离或鉴定的第一种组织命名。在哺乳动物有两种脂肪酸结合蛋白被作为肌内脂肪的候选基因，即心脏脂肪酸结合蛋白(H-FABP)和脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白(A-FABP)，它们各自在不同组织和细胞中表达。其中H-FABP在心肌、骨骼肌和乳腺中表达，A-FABP在脂肪细胞中表达。
2.1猪H-FABP和A-FABP基因对肌内脂肪（IMF）含量的影响
Gerbens等 (1999) [4]研究了H-FABP基因的遗传变异对IMF和生产性状的影响，研究对两种H-FABP纯合基因型杜洛克猪后代进行了IMF和背膘厚的比较。结果表明, H-FABP对IMF含量有显著关系(P<0.05)。研究还表明，H-FABP基因作为IMF含量增加的候选基因是由于其在细胞内脂肪酸转运过程中担任着中心角色。H-FABP基因在IMF生成上表现出的多态性可能归因于H-FABP在肌肉中转运的不同。猪H-FABP基因定位在第6号染色体上，到目前为止，在第6号染色体上，除H-FABP基因外，尚未发现影响猪IMF含量的基因或标记。此外还发现A-FABP mRNA的表达水平与肌内脂肪含量显著相关（Gerbens等，2001）[5]。在纯种的杜洛克猪群中已经证实，A-FABP和H-FABP基因位点的遗传变异与肌内脂肪含量显著相关(Gerbens等，1998)。
2.2脂肪酸对FABP基因表达的调控
　长链脂肪酸在心肌中能调控FABP基因表达。Karin 等（2000）[6]分别用葡萄糖（10 mM）和长链脂肪酸（0.25mM棕榈酸加0.25mM油酸）体外培养刚出生的老鼠心肌细胞48h，结果发现长链脂肪酸使成肌细胞中H-FABP的mRNA含量增加4倍。相反，葡萄糖转运子4、己糖激酶II以及3-磷酸甘油醛脱氢酶的mRNA含量保持不变甚至降低。进一步研究表明，脂肪酸的这种作用是通过激活过氧化物酶体增殖剂激活受体实现的。PPAR能被脂肪酸和一些外源性的过氧化物酶体增殖剂激活，通过与位于某些基因上游特异的DNA反应原件(PPRE)相互作用而调控基因表达，从而参与调控脂类代谢和免疫反应等生理过程(Issemann等，1990)[7]。因此长链脂肪酸对A-FABP基因的表达具有诱导作用。Distel等(1992)认为其诱导机制有两种：一是长链脂肪酸能加强A-FABP基因的转录增强子结合蛋白的基因转录, 进而间接促进A-FABP基因转录；二是长链脂肪酸能增加转录增强子结合蛋白mRNA和A-FABP mRNA的稳定性。如油酸能使前脂肪细胞内转录增强子结合蛋白和A-FABP的mRNA水平升高20倍。Chang等（2001）[8]通过体外培育成年老鼠成肌细胞和心肌细胞，在长链脂肪酸培育30min后，H-FABP的转录产物增加了2倍，与培育10小时后H-FABP的mRNA含量相同，进一步证实了长链脂肪酸是在转录起始阶段诱导H-FABP的基因表达。
4 MyoD基因家族
4.1 肌纤维的发育及其对肉质的影响
在骨骼肌的生成过程中，细胞经过一系列形态、细胞和分子的变化，最后分化形成多种多样的成肌细胞，由这些成肌细胞经过一系列发育过程的变化最后分化为多种类型的快、慢肌纤维(Miller等，1993)[9]。肌纤维是构成肌肉的基本单位，肌肉的组成结构和肌纤维的组织学特性与肉品质（嫩度、风味和多汁性）性状密切相关。肌束内肌纤维越细，肌纤维密度就愈大，则肉质愈鲜嫩。肌纤维直径小、脂肪细胞多而分布面积广是猪肉系水力强、口感细嫩多汁和肉味香浓的主要原因。朱砺等（2002）[10]研究了肌纤维面积与肉质性状和胴体性状之间的相关性，发现肌纤维面积增大可使胴体眼肌面积增大，平均膘厚降低以及瘦肉率增加，但也导致肌肉pH值和肉色下降，贮蒇损失和失水率上升。这说明了肌纤维面积越大，则肉质性状越差。
4.2 MyoD基因家族的结构和功能
哺乳动物肌纤维在胚胎形成过程中受到MyoD基因家族的调控。MyoD基因家族包括四种结构上相关的基因即生肌决定因子(myogenic determining factor, MyoD )、肌细胞生成素(myogenin, MyoG )、生肌因子5 (myogenic factor 5, Myf5 )、MRF4(因种属不同又称为Myf6或herculin) (Edmondson 等，1993)[11]。MyoD基因家族是核磷酸蛋白，共同的结构特点是家族成员的氨基酸序列都有一个由70个残基组成的同源片段(同源性达80%)、一个富含精氨酸和赖氨酸的碱性区和一个紧邻的碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)结构(Davis等，1990) [12]。这些基因编码(bHLH)蛋白，通过调节肌肉分化阶段特异性蛋白的表达来参与肌细胞的生长和分化。其中Myf5和MyoD在成肌细胞增殖过程中表达；MyoG在分化末期表达；而Myf6主要在出生后表达。MyoD基因于1987年由Davis首次发现，该基因可调节骨骼肌分化，MyoD与Myf5具同源性，在成肌过程中具有重要作用，是MyoD基因家族中唯一在所有骨骼肌细胞均可表达的基因，是骨骼肌分化所必需的因子，其功能不可被其它生肌调节因子所代替，它通过调控成肌细胞的融合和肌纤维的形成来对肌肉的分化起关键作用。所以MyoD一直被当作最重要的成肌转录因子。MyoD基因家族控制着整个肌肉的发育过程，从前体肌细胞的定型、增值以及肌纤维的形成，直到个体出生后的成熟和功能的完善，都有生肌调节因子的参与(Hughes等，1999)。因此，MyoD基因家族对脊椎动物肌细胞分化和骨骼肌系统的发育成熟具有重要意义.
4.3 MyoD基因家族的表达与调控
MyoD基因家族与许多效应因子相互作用，共同调控肌肉基因转录，决定肌细胞的生长与分化，但同时MyoD的表达量也受这些因子的调控。
MyoD 基因促进骨骼肌细胞的成熟分化，除了激活相关基因表达，促进成肌细胞融合外，还必须使细胞分裂周期停止下来。对MyoD表达的激活，目前还没有十分明确的研究结果。研究发现MyoD可以激活CK1(cyclin dependent kinase inhibitor)-p21的表达，从而使细胞周期停滞在G0/G1期(Halevy等，1995)[13]。肌细胞增强子结合因子（Muscle enhancer factor-2A ,MEF2A）也可激活MyoD的表达，MEF2A属于MADS家族，它对MyoD的激活主要是通过与HLH蛋白结合，两者相互作用，共同激活肌肉转录因子，从而协调发挥骨骼肌的分化作用（Kaushal等，1994）[14]。在细胞外信号传入胞内促进MyoD表达的过程中，磷酯酰-3-激酶（PI-3K）起了重要调节作用，它能促进MyoG的表达（Kaliman等，1996）[15]。另外，IGF也能通过自分泌或旁分泌的方式促进MyoD的表达，使成肌细胞分化成骨骼肌（Myers等，1994）。
各种抑制因子对MyoD功能的抑制作用，除了通过MyoD蛋白本身的表达与激活外，还通过抑制MyoD家族成员间的自身活化和相互激活来实现。研究发现，生长因子能够抑制MyoD蛋白的成肌作用。Yamane等（2004）[16]用外源肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）与处于胚胎期14天的老鼠舌细胞一起进行体外培育，发现肌酸激酶（creatine kinase，CK）和肌细胞生长素mRNA量显著降低，表明HGF能抑制成肌细胞的分化。而据报道，老鼠的舌成肌细胞在胚胎期的第13天已处于完全增殖阶段，外源HGF通过调控myf5和MyoD mRNA的表达量从而阻止肌细胞进入细胞分化阶段。但并不是所有的生长因子都抑制MyoD家族蛋白的功能，IGF就具有促进肌细胞分化、肌肉组织形成的作用(Olson,1992)。Id蛋白（inhibitor of differentiation）也是MyoD功能的抑制物，Id蛋白含有一个HLH结构域，它对MyoD功能的抑制可能是通过竞争结合E2A而减少MyoD/E2A异二聚体的形式而实现的。
5 PRKAG3基因
PRKAG3基因（AMP-activated Protein Kinaseγ3, PRKAG3）是近年来确定的一个影响猪肉质pH值、肉色以及系水力的主效基因。它有多个突变位点，其中突变R200Q被认为是汉普夏猪种发生RN-/rn+突变的原因；而突变T32N、G52S和I199V则广泛存在于其它商业猪品种中，与优良肉质性状有关。
5.1 PRKAG3基因结构
PRKAG3基因的研究始于RN基因。Milan等（2000）[17]首先在Science上报道，PRKAG3基因第200个密码子发生突变（Arg200→Gln200）是引起RN效应的根本原因。
AMPK是一种能被AMP激活的蛋白激酶，在动物应激（生理、营养、环境和疾病等）过程中起着重要作用（Park等,2002）。AMPK是由α、β和γ三个亚基构成的异源三聚体。α为催化亚基，有α1和α2两种同工型；β为催化亚基，有β1和β2两种同工型；γ亚基存在γ1、γ2、和γ3三种同工型。γ1和γ2分布较广，而γ3只特异性地在骨骼肌中表达（Cheung等，2000）[18]。
各物种的PRKAG3基因序列都包含13个外显子和12个内含子(Park等，2003)，已克隆出的PRKAG3氨基酸序列中，N端在长度和同源性上差异较大，各物种间的同源性为66%，其特殊功能目前还不清楚，可能是对上游不同的刺激物作出反应或者是对下游分子进行调控（Yu等，2004）。相反，C端含有四个胱硫醚β-合酶(cystathionineβ-synthase, CBS)结构域 (Milan等，2000)，这四个CBS结构域在所有γ亚基中高度保守。Yu等（2004）[19]比较了人、猪和小鼠γ3亚基这四个CBS结构域，发现它们的同源性达96%。这表明这些结构域对γ亚基的功能起着非常重要的作用，但其具体的作用还不清楚，可能是参与细胞质的导向(Ponting，1997)、蛋白与蛋白的相互作用和蛋白质活性的调节（Bateman，1997）。
5.2 PRKAG3基因对肉质的影响
5.2.1 PRKAG3基因的R200Q突变(RN-突变位点)与肉质性状的关系
Milan等(2000)在PRKAG3基因中发现的一个单碱基突变(R200Q)解释了RN-性状的显性变异，这个R200Q突变导致RN-/ RN-和RN-/rn+动物的肌肉糖原含量提高了70%，猪被屠宰之后24小时测定肌肉的pH值较低，肌肉系水力下降，烤制火腿的产量也降低。这个200Q等位位点与所有RN-型动物有关，并在汉普夏品种中有很高的比例，但不存在于rn+基因型或其它品种猪中。
5.2.2 RKAG3基因的T30N、G52S和I199V突变对肉质的影响
Ciobanu等(2001)[20]通过分析巴克夏与约克夏(B×Y)杂交三个世代的家系的PRKAG3基因序列，发现以前报道过的RN-突变在杂交群中没有出现，但有另外三个错义突变出现，分别为T30N、G52S和I199V。为了肯定至少其中有一个突变与肉品质的差异有关，Ciobanu等对B×Y的F2代(525个个体)和来自几个无相关性的商业品系的1800多头猪进行了候选突变位点的基因型与表型的相关性研究。发现它们对平均糖原、乳酸含量和糖酵解潜能有显著影响。I199V对几乎所有研究的性状都有极显著的效应，不仅包括糖原、乳酸、糖酵解潜能这些指标，还有一些与之相关的其他肉质性状。从F2代的数据分析，这三个突变位点(T30N. G52S, I199V)降低肌肉糖原含量和改善猪肉品质，其中包括终pH值、肉色和与之相关的系水力、滴水损失、嫩度以及熟肉率等。因此认为30T、52G和199I是肉质性状的有利基因。而且由于这几个突变位点更广泛地存在于其它商业品种中，因而具有更大的潜在应用价值。
Enfalt等（2002）[21]从长白和汉普夏杂交猪中分离出PRKAG3基因中的三种基因型，即RN-(Val199-Gln200)、rn+( Val199-Arg200)和rn*( Ile199-Arg200)，并比较它们对肉质和胴体组成的影响，结果表明PRKAG3基因的两个突变位点RN-和rn*对肉质胴体组成具有相反的效应： RN-型个体具有较高的肌糖原含量、高瘦肉率和低的终pH值，而rn*型个体则与低肌糖原含量、低瘦肉率和高的终pH值相关联。这一结果与Milan等（2000）和Ciobanu等（2001）的研究结果一致。
5.3 PRKAG3基因表达的影响因素
关于PRKAG3基因表达调控的研究目前还十分薄弱，PRKAG3基因的表达量主要受遗传、营养和肌纤维类型的影响。汉普夏猪中RN突变即PRKAG3基因中的Arg200→Gln200突变可使PRKAG3的mRNA丰度降低。Milan等（2000）的研究表明该突变可使AMPK的活性降低3倍，但他们没有测PRKAG3的表达量，Barnes等（2004）[22]通过转基因小鼠模型证实该突变可使PRKAG3基因的表达量大幅度降低。营养对PRKAG3基因表达量的影响目前还未见报道。跑步、电刺激肌肉、绝食以及AICAR都可使骨骼肌中AMPK活性升高，但是否影响PRKAG3基因表达，目前还不得而知。另外，骨骼肌中高糖原含量反馈抑制AMPK活性（Richter等，2001），说明糖原可能是AMPK活性的调控因子，但目前也不清楚它是否影响PRKAG3基因表达。Nielsen等（2003）[23]比较了运动与不运动人群中γ3mRNA丰度及其蛋白质表达水平。结果表明，训练人群中γ3mRNA丰度比静坐的人低接近40%，而蛋白质表达水平两者无差异。另外，PRKAG3基因的表达量还与肌纤维类型有关，Durante等（2002）[24]通过Western杂交测定大鼠锻炼前后AMPK各亚基表达量的变化，结果发现γ3在红四头肌和比目鱼肌中都表达，但锻炼后红四头肌中γ3亚基表达量提高3倍。
6 结语
随着生活水平的提高，人们对肉质的要求越来越高。毫无疑问，在不久的将来，肉质必将成为重要的经济性状之一，肉质的调控将日趋重要。但目前我国在分子水平上对肉质性状进行营养调控的研究还比较薄弱，对影响肉质性状基因的表达规律及其营养调控的研究尚不深入。目前，在肉质改进领域，许多遗传育种学家与动物营养学家正寻求合作，力图找出理想的基因与合理的饲粮组成，以期对肉质进行有效改良。因此，如何在提高生长速度和瘦肉率的同时保持并优良的肉质性状仍然是一个有待于解决的问题。

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影响猪肉质性状的基因及其表达调控

长期以来，国内外学者对猪研究重点主要集中在提高猪生长速度和增加瘦肉率方面，并取得了显著的成果，但片面追求高瘦肉率和高生长速度，导致了肉质性状的严重下降。随着人们生活水平的不断提高，猪肉的肉质问题已引起消费者和生产者的广泛关注。猪的肉质性状主要包括背膘厚度、肌内脂肪含量、眼肌面积、pH值、肉色、嫩度、系水力和滴水损失等。其中大多数肉质性状属于数量性状，归根结底由多基因控制。本文重点综述一些功效基本明确的影响肉质性状的基因及其表达调控，以期从分子营养方面找到有效改良肉质性状的途径。
1 氟烷基因（Halothane gene, Hal）
氟烷基因又称氟烷敏感基因或猪应激综合症基因，是发现较早的主基因之一。猪的氟烷基因是影响猪肉质的主效基因，它是一个具有不完全显性的常染色体上的隐性基因，该基因的隐性纯合子（halnhaln）易产生应激综合症，从而降低猪肉品质。
1.1氟烷基因对肉质的影响
氟烷基因的隐性纯合子易导致猪应激综合症（Porcine Stress Syndrome, PSS），即猪在应激条件下产生的恶性高热猝死以及肉质变劣等的综合症状，其中恶性高热综合症（Malignant Hyperthemia Syndrome，MHS）是PSS的典型特征。Machennan等（1990）对恶MHS进行了一系列分子水平的研究，发现MHS与兰尼定受体基因（Ryanodine Receptor Gene,RYR1）有关。Fujii等（1991）[1]进一步证实MHS的发生是由于兰尼定受体基因突变所致，即第六条染色体上RYR1中 C1843→T1843，使得氨基酸序列上的Arg615突变为恶性高热的Cys615。RYR1是骨骼肌细胞内肌浆网上控制钙离子（Ca2+）进出肌纤维的通道，应激敏感猪改变了兰尼定受体结构，影响了受体的正常功能，使通道失常，表现出通道的关闭及泵的作用受到抑制，在刺激因子如氟烷麻醉下造成Ca2+的大量析出，引起电解质代谢紊乱，出现肌肉僵直，体温剧烈升高等恶性高热症。并且大量析出的Ca2+激活肌纤维三磷酸腺苷酶和磷酸化酶而加强糖原酵解(Scopes,1974)，进而产生大量的乳酸，致使pH值迅速降低，肌红蛋白变性，肌纤维急剧收缩，肌内膜断裂而导致肌浆游离，发生肌蛋白变性，最终产生PSE肉。
氟烷基因对肉质的影响具有双效性。一方面氟烷基因携带者(Nn和nn)可增加屠宰率和瘦肉率，眼肌面积也有所增加。所以氟烷基因对提高瘦肉率有积极作用。但另一方面，氟烷基因隐性猪在应激因子(如运输、转栏、高温、预防注射等)的作用下会诱发高热综合症，产生高频率的PSE肉。
1.2 氟烷基因的表达及其调控
虽然PSE肉的发生是由外界应激因子诱发的遗传性问题，但其表现的程度可通过营养手段加以调控。Campion等(1971)证实,高剂量镁可提高肌肉的初始pH值,降低糖原酵解速度,减缓pH值的降低，从而延缓应激敏感猪尸僵的发生（杨林生译，1994）。Ferket等（1994）认为，高剂量镁（1000mg/kg）可在动物应激状态中作为肌肉松弛剂和镇静剂，能够减少屠宰时儿茶酚胺的分泌，降低糖原分解速度和糖酵解速度，从而改善肉质，减少PSE肉的发生。
锌和锰是超氧化物歧化酶的激活剂, 提高饲粮中锌和锰的水平也有助于防止PSE肉的产生。Kerth等（2001）[2]证实在屠宰前36-70d的日粮中添加600IU/kg的维生素E，可提高猪背最长肌pH值，改善猪腰肌的色度和多汁性，显著降低PSE肉的发生率。
另外，日粮营养对氟烷基因的表达还与外界刺激存在互作效应。环匹阿尼酸(cyclopiazonic acid，CPA)是从大量的谷实类植物中分离出的曲霉菌和青霉菌代谢产生的有毒副产物。MH（malignant hyperthermia）基因型和饲料中CPA间的互作可影响骨胳肌对Ca2+的敏感性(Huchet和Leooty,1993)而进一步增强屠宰后骨骼肌的新陈代谢，从而增强PSE肉的产生几率。Byrem等（1999）[3]在已知MH基因型(NN＝正常，Nn＝MH携带者，nn＝MH阳性)达出栏重的阉公猪日粮中添加不同水平的CPA(0.1-50mg/kg饲粮)，结果发现CPA在室外温度为2℃环境下对动物的生产性能和肉质均无影响(P＞0.2)，而在室外温度为-18℃的环境下，nn型猪采食量、平均日增重(ADG)和pH45（屠宰45分钟后的pH值）均与CPA呈依赖性降低(P＜0.05)，从而证实了MH和日粮CPA对骨胳肌Ca2+平衡和PSE肉的产生之间有互作的可能性。
2脂肪酸结合蛋白(FABP)基因
　脂肪酸结合蛋白(fatty acid-binding protein gene, FABP)是一族小分子细胞内蛋白质, 对长链脂肪酸有很高的亲和力, 能把脂肪酸从细胞膜转运到细胞内利用位点, 在长链脂肪酸的代谢中起重要作用。目前已发现至少存在9种类型的FABP, 分别为肝型(L)、肠型(I)、心型(H)、脂肪细胞型(A)、脑型(B)、回肠型(I1)、上皮细胞型(E)、髓磷脂型(My)和睾丸型, 并以分离或鉴定的第一种组织命名。在哺乳动物有两种脂肪酸结合蛋白被作为肌内脂肪的候选基因，即心脏脂肪酸结合蛋白(H-FABP)和脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白(A-FABP)，它们各自在不同组织和细胞中表达。其中H-FABP在心肌、骨骼肌和乳腺中表达，A-FABP在脂肪细胞中表达。
2.1猪H-FABP和A-FABP基因对肌内脂肪（IMF）含量的影响
Gerbens等 (1999) [4]研究了H-FABP基因的遗传变异对IMF和生产性状的影响，研究对两种H-FABP纯合基因型杜洛克猪后代进行了IMF和背膘厚的比较。结果表明, H-FABP对IMF含量有显著关系(P<0.05)。研究还表明，H-FABP基因作为IMF含量增加的候选基因是由于其在细胞内脂肪酸转运过程中担任着中心角色。H-FABP基因在IMF生成上表现出的多态性可能归因于H-FABP在肌肉中转运的不同。猪H-FABP基因定位在第6号染色体上，到目前为止，在第6号染色体上，除H-FABP基因外，尚未发现影响猪IMF含量的基因或标记。此外还发现A-FABP mRNA的表达水平与肌内脂肪含量显著相关（Gerbens等，2001）[5]。在纯种的杜洛克猪群中已经证实，A-FABP和H-FABP基因位点的遗传变异与肌内脂肪含量显著相关(Gerbens等，1998)。
2.2脂肪酸对FABP基因表达的调控
　长链脂肪酸在心肌中能调控FABP基因表达。Karin 等（2000）[6]分别用葡萄糖（10 mM）和长链脂肪酸（0.25mM棕榈酸加0.25mM油酸）体外培养刚出生的老鼠心肌细胞48h，结果发现长链脂肪酸使成肌细胞中H-FABP的mRNA含量增加4倍。相反，葡萄糖转运子4、己糖激酶II以及3-磷酸甘油醛脱氢酶的mRNA含量保持不变甚至降低。进一步研究表明，脂肪酸的这种作用是通过激活过氧化物酶体增殖剂激活受体实现的。PPAR能被脂肪酸和一些外源性的过氧化物酶体增殖剂激活，通过与位于某些基因上游特异的DNA反应原件(PPRE)相互作用而调控基因表达，从而参与调控脂类代谢和免疫反应等生理过程(Issemann等，1990)[7]。因此长链脂肪酸对A-FABP基因的表达具有诱导作用。Distel等(1992)认为其诱导机制有两种：一是长链脂肪酸能加强A-FABP基因的转录增强子结合蛋白的基因转录, 进而间接促进A-FABP基因转录；二是长链脂肪酸能增加转录增强子结合蛋白mRNA和A-FABP mRNA的稳定性。如油酸能使前脂肪细胞内转录增强子结合蛋白和A-FABP的mRNA水平升高20倍。Chang等（2001）[8]通过体外培育成年老鼠成肌细胞和心肌细胞，在长链脂肪酸培育30min后，H-FABP的转录产物增加了2倍，与培育10小时后H-FABP的mRNA含量相同，进一步证实了长链脂肪酸是在转录起始阶段诱导H-FABP的基因表达。
4 MyoD基因家族
4.1 肌纤维的发育及其对肉质的影响
在骨骼肌的生成过程中，细胞经过一系列形态、细胞和分子的变化，最后分化形成多种多样的成肌细胞，由这些成肌细胞经过一系列发育过程的变化最后分化为多种类型的快、慢肌纤维(Miller等，1993)[9]。肌纤维是构成肌肉的基本单位，肌肉的组成结构和肌纤维的组织学特性与肉品质（嫩度、风味和多汁性）性状密切相关。肌束内肌纤维越细，肌纤维密度就愈大，则肉质愈鲜嫩。肌纤维直径小、脂肪细胞多而分布面积广是猪肉系水力强、口感细嫩多汁和肉味香浓的主要原因。朱砺等（2002）[10]研究了肌纤维面积与肉质性状和胴体性状之间的相关性，发现肌纤维面积增大可使胴体眼肌面积增大，平均膘厚降低以及瘦肉率增加，但也导致肌肉pH值和肉色下降，贮蒇损失和失水率上升。这说明了肌纤维面积越大，则肉质性状越差。
4.2 MyoD基因家族的结构和功能
哺乳动物肌纤维在胚胎形成过程中受到MyoD基因家族的调控。MyoD基因家族包括四种结构上相关的基因即生肌决定因子(myogenic determining factor, MyoD )、肌细胞生成素(myogenin, MyoG )、生肌因子5 (myogenic factor 5, Myf5 )、MRF4(因种属不同又称为Myf6或herculin) (Edmondson 等，1993)[11]。MyoD基因家族是核磷酸蛋白，共同的结构特点是家族成员的氨基酸序列都有一个由70个残基组成的同源片段(同源性达80%)、一个富含精氨酸和赖氨酸的碱性区和一个紧邻的碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)结构(Davis等，1990) [12]。这些基因编码(bHLH)蛋白，通过调节肌肉分化阶段特异性蛋白的表达来参与肌细胞的生长和分化。其中Myf5和MyoD在成肌细胞增殖过程中表达；MyoG在分化末期表达；而Myf6主要在出生后表达。MyoD基因于1987年由Davis首次发现，该基因可调节骨骼肌分化，MyoD与Myf5具同源性，在成肌过程中具有重要作用，是MyoD基因家族中唯一在所有骨骼肌细胞均可表达的基因，是骨骼肌分化所必需的因子，其功能不可被其它生肌调节因子所代替，它通过调控成肌细胞的融合和肌纤维的形成来对肌肉的分化起关键作用。所以MyoD一直被当作最重要的成肌转录因子。MyoD基因家族控制着整个肌肉的发育过程，从前体肌细胞的定型、增值以及肌纤维的形成，直到个体出生后的成熟和功能的完善，都有生肌调节因子的参与(Hughes等，1999)。因此，MyoD基因家族对脊椎动物肌细胞分化和骨骼肌系统的发育成熟具有重要意义.
4.3 MyoD基因家族的表达与调控
MyoD基因家族与许多效应因子相互作用，共同调控肌肉基因转录，决定肌细胞的生长与分化，但同时MyoD的表达量也受这些因子的调控。
MyoD 基因促进骨骼肌细胞的成熟分化，除了激活相关基因表达，促进成肌细胞融合外，还必须使细胞分裂周期停止下来。对MyoD表达的激活，目前还没有十分明确的研究结果。研究发现MyoD可以激活CK1(cyclin dependent kinase inhibitor)-p21的表达，从而使细胞周期停滞在G0/G1期(Halevy等，1995)[13]。肌细胞增强子结合因子（Muscle enhancer factor-2A ,MEF2A）也可激活MyoD的表达，MEF2A属于MADS家族，它对MyoD的激活主要是通过与HLH蛋白结合，两者相互作用，共同激活肌肉转录因子，从而协调发挥骨骼肌的分化作用（Kaushal等，1994）[14]。在细胞外信号传入胞内促进MyoD表达的过程中，磷酯酰-3-激酶（PI-3K）起了重要调节作用，它能促进MyoG的表达（Kaliman等，1996）[15]。另外，IGF也能通过自分泌或旁分泌的方式促进MyoD的表达，使成肌细胞分化成骨骼肌（Myers等，1994）。
各种抑制因子对MyoD功能的抑制作用，除了通过MyoD蛋白本身的表达与激活外，还通过抑制MyoD家族成员间的自身活化和相互激活来实现。研究发现，生长因子能够抑制MyoD蛋白的成肌作用。Yamane等（2004）[16]用外源肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）与处于胚胎期14天的老鼠舌细胞一起进行体外培育，发现肌酸激酶（creatine kinase，CK）和肌细胞生长素mRNA量显著降低，表明HGF能抑制成肌细胞的分化。而据报道，老鼠的舌成肌细胞在胚胎期的第13天已处于完全增殖阶段，外源HGF通过调控myf5和MyoD mRNA的表达量从而阻止肌细胞进入细胞分化阶段。但并不是所有的生长因子都抑制MyoD家族蛋白的功能，IGF就具有促进肌细胞分化、肌肉组织形成的作用(Olson,1992)。Id蛋白（inhibitor of differentiation）也是MyoD功能的抑制物，Id蛋白含有一个HLH结构域，它对MyoD功能的抑制可能是通过竞争结合E2A而减少MyoD/E2A异二聚体的形式而实现的。
5 PRKAG3基因
PRKAG3基因（AMP-activated Protein Kinaseγ3, PRKAG3）是近年来确定的一个影响猪肉质pH值、肉色以及系水力的主效基因。它有多个突变位点，其中突变R200Q被认为是汉普夏猪种发生RN-/rn+突变的原因；而突变T32N、G52S和I199V则广泛存在于其它商业猪品种中，与优良肉质性状有关。
5.1 PRKAG3基因结构
PRKAG3基因的研究始于RN基因。Milan等（2000）[17]首先在Science上报道，PRKAG3基因第200个密码子发生突变（Arg200→Gln200）是引起RN效应的根本原因。
AMPK是一种能被AMP激活的蛋白激酶，在动物应激（生理、营养、环境和疾病等）过程中起着重要作用（Park等,2002）。AMPK是由α、β和γ三个亚基构成的异源三聚体。α为催化亚基，有α1和α2两种同工型；β为催化亚基，有β1和β2两种同工型；γ亚基存在γ1、γ2、和γ3三种同工型。γ1和γ2分布较广，而γ3只特异性地在骨骼肌中表达（Cheung等，2000）[18]。
各物种的PRKAG3基因序列都包含13个外显子和12个内含子(Park等，2003)，已克隆出的PRKAG3氨基酸序列中，N端在长度和同源性上差异较大，各物种间的同源性为66%，其特殊功能目前还不清楚，可能是对上游不同的刺激物作出反应或者是对下游分子进行调控（Yu等，2004）。相反，C端含有四个胱硫醚β-合酶(cystathionineβ-synthase, CBS)结构域 (Milan等，2000)，这四个CBS结构域在所有γ亚基中高度保守。Yu等（2004）[19]比较了人、猪和小鼠γ3亚基这四个CBS结构域，发现它们的同源性达96%。这表明这些结构域对γ亚基的功能起着非常重要的作用，但其具体的作用还不清楚，可能是参与细胞质的导向(Ponting，1997)、蛋白与蛋白的相互作用和蛋白质活性的调节（Bateman，1997）。
5.2 PRKAG3基因对肉质的影响
5.2.1 PRKAG3基因的R200Q突变(RN-突变位点)与肉质性状的关系
Milan等(2000)在PRKAG3基因中发现的一个单碱基突变(R200Q)解释了RN-性状的显性变异，这个R200Q突变导致RN-/ RN-和RN-/rn+动物的肌肉糖原含量提高了70%，猪被屠宰之后24小时测定肌肉的pH值较低，肌肉系水力下降，烤制火腿的产量也降低。这个200Q等位位点与所有RN-型动物有关，并在汉普夏品种中有很高的比例，但不存在于rn+基因型或其它品种猪中。
5.2.2 RKAG3基因的T30N、G52S和I199V突变对肉质的影响
Ciobanu等(2001)[20]通过分析巴克夏与约克夏(B×Y)杂交三个世代的家系的PRKAG3基因序列，发现以前报道过的RN-突变在杂交群中没有出现，但有另外三个错义突变出现，分别为T30N、G52S和I199V。为了肯定至少其中有一个突变与肉品质的差异有关，Ciobanu等对B×Y的F2代(525个个体)和来自几个无相关性的商业品系的1800多头猪进行了候选突变位点的基因型与表型的相关性研究。发现它们对平均糖原、乳酸含量和糖酵解潜能有显著影响。I199V对几乎所有研究的性状都有极显著的效应，不仅包括糖原、乳酸、糖酵解潜能这些指标，还有一些与之相关的其他肉质性状。从F2代的数据分析，这三个突变位点(T30N. G52S, I199V)降低肌肉糖原含量和改善猪肉品质，其中包括终pH值、肉色和与之相关的系水力、滴水损失、嫩度以及熟肉率等。因此认为30T、52G和199I是肉质性状的有利基因。而且由于这几个突变位点更广泛地存在于其它商业品种中，因而具有更大的潜在应用价值。
Enfalt等（2002）[21]从长白和汉普夏杂交猪中分离出PRKAG3基因中的三种基因型，即RN-(Val199-Gln200)、rn+( Val199-Arg200)和rn*( Ile199-Arg200)，并比较它们对肉质和胴体组成的影响，结果表明PRKAG3基因的两个突变位点RN-和rn*对肉质胴体组成具有相反的效应： RN-型个体具有较高的肌糖原含量、高瘦肉率和低的终pH值，而rn*型个体则与低肌糖原含量、低瘦肉率和高的终pH值相关联。这一结果与Milan等（2000）和Ciobanu等（2001）的研究结果一致。
5.3 PRKAG3基因表达的影响因素
关于PRKAG3基因表达调控的研究目前还十分薄弱，PRKAG3基因的表达量主要受遗传、营养和肌纤维类型的影响。汉普夏猪中RN突变即PRKAG3基因中的Arg200→Gln200突变可使PRKAG3的mRNA丰度降低。Milan等（2000）的研究表明该突变可使AMPK的活性降低3倍，但他们没有测PRKAG3的表达量，Barnes等（2004）[22]通过转基因小鼠模型证实该突变可使PRKAG3基因的表达量大幅度降低。营养对PRKAG3基因表达量的影响目前还未见报道。跑步、电刺激肌肉、绝食以及AICAR都可使骨骼肌中AMPK活性升高，但是否影响PRKAG3基因表达，目前还不得而知。另外，骨骼肌中高糖原含量反馈抑制AMPK活性（Richter等，2001），说明糖原可能是AMPK活性的调控因子，但目前也不清楚它是否影响PRKAG3基因表达。Nielsen等（2003）[23]比较了运动与不运动人群中γ3mRNA丰度及其蛋白质表达水平。结果表明，训练人群中γ3mRNA丰度比静坐的人低接近40%，而蛋白质表达水平两者无差异。另外，PRKAG3基因的表达量还与肌纤维类型有关，Durante等（2002）[24]通过Western杂交测定大鼠锻炼前后AMPK各亚基表达量的变化，结果发现γ3在红四头肌和比目鱼肌中都表达，但锻炼后红四头肌中γ3亚基表达量提高3倍。
6 结语
随着生活水平的提高，人们对肉质的要求越来越高。毫无疑问，在不久的将来，肉质必将成为重要的经济性状之一，肉质的调控将日趋重要。但目前我国在分子水平上对肉质性状进行营养调控的研究还比较薄弱，对影响肉质性状基因的表达规律及其营养调控的研究尚不深入。目前，在肉质改进领域，许多遗传育种学家与动物营养学家正寻求合作，力图找出理想的基因与合理的饲粮组成，以期对肉质进行有效改良。因此，如何在提高生长速度和瘦肉率的同时保持并优良的肉质性状仍然是一个有待于解决的问题。