肌内脂肪含量相关的候选基因遗传变异的研究

apple12151007 · 发表于 2010-10-8 15:53:12

　　肌内脂肪含量相关的候选基因遗传变异的研究

　　陈桂莲,芦春莲,孙国庆,曹洪战*

　　摘要：文章对与肌内脂肪相关的候选基因H-FABP和A-FABP,及L-FABP基因、HSL基因、UCP3基因等基因遗传变异的研究做一综述。
　　关键词：肌内脂肪;候选基因;遗传变异
　　Review of Genetic Variation for the Candidate Gene on Intramuscular Fat Content
　　CHEN Gui-lian, LU Chun-lian, SUN Guo-qing,CAO Hong-zhan﹡
　　(College of Animal Science and Technology, Agricultural University of Hebei,
　　Hebei,Baoding 071000)
　　Abstract: In this paper ,H-FABP, A –FABP,L-FABP, HSL, and UCP3 genes as the candidate gene about genetic variation were reviewed.
　　Key words: Intramuscular fat; Candidate Gene; Genetic Variation
　　随着人们生活水平的提高,人们不再单纯要求瘦肉含量而越来越看重肉的品质.肌内脂肪(Intramuscular fat,IMF)的含量影响着肉质的嫩度，风味和多汁性。Patrici[1,2] 等对丹麦商品猪的肉质研究发现，肉的风味多汁性随肌内脂肪含量的增加而持续改善;提高肌内脂肪的含量会有肉质嫩度和多汁性的改进。所以提高猪肉肌内脂肪的含量具有广泛的研究前景。但是由于IMF含量在活体中的测定有一定的难度，所以利用DNA标记辅助选择(MAS)即利用生物技术手段去寻找控制IMF的基因并对其进行选育来提高IMF含量，改善肉质。
　　目前对于具体哪个基因是影响IMF的主基因还没有统一的定论，但对于候选基因的研究成为热点。本文对与肌内脂肪相关的候选基因心脏脂肪酸结合蛋白(H-FABP)、脂肪型脂肪酸结合蛋白(A-FABP)、肝脏型脂肪酸结合蛋白(L-FABP)以及激素敏感脂肪酶(HSL)、猪解藕联蛋白3(UCP3)等基因遗传变异的研究做一综述。
　　一.FABPs基因遗传变异的研究
　　脂肪酸结合蛋白(fatty acid-binding protein,FABP)是小的细胞内蛋白质,参与细胞内脂肪酸的运输,可将脂肪酸从细胞膜上运送到脂肪酸氧化和甘油三酯及磷脂的合成位置[3]。作为细胞内类脂结合蛋白的家族, FABPs至少有8 种结构上不同的类型,每种类型的FABP在不同组织和细胞中表达。其中关于H-FABP和A-FABP与肌内脂肪相关的报道较多，关于L-FABP也有报道。
　　(1)H-FABP
　　1997年，Gerbens 等在荷兰大白猪、杜洛克、大约克夏、汉普夏、梅山、皮特兰及野猪猪种中，利用限制性内切酶HaeⅢ , HinfⅠ和MspⅠ对两个分别为850bp 和700bp 的PCR 产物进行分析, 发现了多态性的存在, 其中, MspⅠ切点位于5’-上游区域, 而HaeⅢ 和HinfⅠ切点位于第2 内含子内。杜洛克猪在所有3 个H-FABP RFLP位点均具有多态性, IMF含量高且具有高变异性[4]。1998年，Gerbens等在猪H-FABP 基因的第二内含子区还发现了1个双等位基因的微卫星DNA 序列。2个等位基因的大小分别为169bp 和176bp[5]。2001年D.Nechtelberger 等在大白猪、皮特兰和兰德瑞斯猪中新发现了一个Msp*Ⅰ切点[6];2002年，曹红鹤等对猪的三个PCR-RFLP多态片段进行克隆测序分析，发现了5’-上游区域HinfⅠ-RFLP和HaeⅢ-RFLP由于1324位碱基T→C和1811位C→G突变引起，还发现了位于第二含子的另一个Hinf*Ⅰ切点，由1970位T→C碱基替换产生并分析了酶切位点和突变的碱基序列[7];同年,王存芳报道了莱芜猪、杜洛克、汉普夏、长白猪、大约克五个猪种的HinfⅠ-RFLP等位基因H,HaeⅢ-RFLP等位基因D, Hinf*Ⅰ-RFLP等位基因B的频率，酶切位点中五个品种的群体遗传特性明显不同[8];林万华等对中外10个猪种进行了遗传变异分析,结果发现H-FABP基因多态性在中国地方猪种和引进猪种内分布不同[9]。李桢等(2003)利用PCR- RFLP 技术对五指山猪、沂蒙黑猪等10 个中国猪种和大白猪的心脏脂肪酸结合蛋白基因5' 端上游区(HinfI- RFLP)和第二内含子内(HinfI- RFLP、HaeⅢ- RFLP) 的遗传变异进行了研究。结果表明, 在5' 端上游区的HinfI- RFLP 位点上, 所有品种都有变异, 但沂蒙黑猪和大白猪只有两种基因型(HH、Hh) ; 在第二内含子内的HinfI- RFLP 位点上, 二花脸只有BB基因型, 而其他品种都表现出多态性; 在第二内含子内的HaeⅢ- RFLP 位点上, 只在五指山猪、香猪和大白猪中发现有多态性存在[10]。庞卫军等(2004)利用PCR- RFLP 分子标记技术, 检测了杜洛克、长白等8 个猪种和野猪的H- FABP 基因在5' 端上游区和第二内含子区的遗传变异,在HinfI- RFLP 位点上均存在多态性[11]。同年，梅书棋等利用PCR- RFLP对H- FABP 基因3 个位点在湖北白猪中的多态性进行了初步研究, 结果表明H- FABP 基因在湖北白猪中的遗传变异与肌内脂肪含量存在显著相关[12];李武峰等认为, H-FABP基因中的h 等位基因, 尤其是hh 纯合基因型对牛肉嫩度有较大影响, 并把H- FABP 作为影响牛肉大理石花纹( 即IMF 含量) 和嫩度形状的候选基因[13]。杨文平等(2006)应用PCR-SSCP方法分析了山西白猪、马身猪、大白猪、长白猪和杜洛克猪5个猪种,在H-FABP基因内含子1中发现了多态位点,该位点上具有两个等位基因A和B,序列测定表明SSCP的变异是由碱基C→T的替换造成的[14]。郭瑞等(2007)通过对H - FABP基因5′- 上游区的测序分析,在1127 bp和1479 bp处发现了2个新的多态性位点[15]。同年,王彦等发现在鸡H- FABP 基因260 bp 和675 bp 处存在T/ C 和G/A 的突变位点, 对2 个突变位点在研究群体中进行基因型分析, 结果产生3 种基因型。在T260C 位点上, 所有品种中AA型的IMF 含量显著高于BB型个体, 但对于不同的品种来说, AA 和BB 基因型只对封开杏花鸡和岭南黄鸡II 号的IMF 含量有显著影响,而对其他各鸡种均无显著影响; 在G675A 位点上, 所有品种中AA 型和AB 型肌内脂肪含量差异显著[16]。
　　(2)A- FABP 基因
　　1998年，Gerbens等,猪A-FABP基因第一内含子含有一个微卫星序列, 且微卫星的多态性与杜洛克猪的IMF 含量相关[17]。Gerbens(2000,2001)研究发现猪A- FABP 基因存在2 个多态位点与IMF 含量有关, 一个是内含子Ⅰ区域(CA)重复单位的微卫星序列与IMF 含量存在相关; 另一个是在其微卫星序列附近有一个BsmΙ酶切位点与IMF 含量存在强烈的正相关;研究还发现, A- FABP 基因的mRNA 的表达水平与IMF 含量显著相关[18-19]。李桢等(2004)利用微卫星技术表明, 中国猪种在A- FABP 基因微卫星基因座上有极高的多态性[20]。姜延志等(2006)利用PCR- RFLPs 标记技术, 对中国地方猪种雅南猪、大河猪、培育品种大河乌猪以及三元杂交群体DLY的脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白基因的内含子Ⅰ区域进行了分析研究, 发现BsmΙ 酶切位点具有多态性, 并分为3 种基因型(即AA、BB 和AB 型), 基因型AA 的肌内脂肪含量极显著的高于基因型AB 和BB[21]。李文娟等(2006)结果表明: H-FABP 基因mRNA 随日龄的增长表达量显著降低, 而A-FABP 基因mRNA 随日龄的增长表达量显著升高,并表现出显著的品种效应,性别因素对A-FABP基因表达影响显著[22]。罗桂芬等(2006),对北京油鸡A-FAB P基因进行SNPs检测和基因型与性状的关联分析发现在A-FABP基因外显子一内第51位编码碱基处发生了C→T转换,但编码的氨基酸不变，这种同义突变可能通过影响基因的表达而影响性状。基因型与性状的关联分析结果表明,而不同基因型间的腹脂率、皮脂厚、肌内脂肪含量差异极显著,且3种性状BB 型均值均高于AA型和AB 型[23]。陈宽维等(2006),利用PCR-RFLP技术和DNA 测序检测3 个鸡种A-FABP第85 位点和第1 805 位点的遗传变异A-FABP第85位点不影响A-FABP 的氨基酸序列;而第1 805 位点的遗传多态性影响氨基酸序列的变化:由脯氨酸变为丝氨酸,说明该多态性可能通过A-FA B P 基因的表达水平从而影响鸡的肉质[24]。叶满红等(2007)研究采用PCR-SSCP 技术分析A-FABP 基因外显子1及内含子1在7 个鸡品种中的多态性，测序分析产生三个多态位点分别是由碱基C →T、G→A 以及C →T 的变异引起的，其中外显子1上第51 位编码碱基处,TTC →TTT ,但并不引起编码氨基酸的改变。研究结果证明不同品种间在基因型及等位基因的分布上存在显著差异,尤其在中国地方鸡品种与进口AA 肉鸡间差异显著[25]。
　　(3)L- FABP 基因
　　有研究报道鸡的L-FABP基因多态性与腹部脂肪重量和百分数有关，此基因可作为影响鸡脂肪性状的候选位点或与主效基因有关的位点[26]。姜延志等利用PCR-SSCP检测方法对4个猪种(藏猪、大河猪、雅南猪和约克夏)的外显子2全序列进行SNP位点多态性片段的基因型分型,结果发现一个C→T的单核苷酸多态,等位基因频率在中国地方猪种(藏猪、大河猪、雅南猪)与国外约克夏猪种间存在极显著的差异[27]。
　　二.HSL基因
　　HSL基因其编码产物激素敏感脂肪酶是动物体内最早引发脂肪组织中甘油三酯分解的关键酶和限速酶。HSL基因在脂肪代谢和肉品质中的关键作用, 使其成为与动物脂肪代谢和肉质性状相关的候选基因。吴珍芳等(2000)经PCR-RFLP分析, 在内含子7的AluⅠ位点梅山猪和湖北白猪有PP、PQ、和QQ3种基因型，等位基因频率分别为0.645 P,0.355 Q和0.15 P,0.85 Q。但是在通城猪中只存在 PP基因型，长白和大白猪中只存在QQ基因型[28]。雷明刚等(2001)利用PCR-RFLP方法,分析了猪HSL基因外显子I 区多态性,发现不同品种猪间存在多态性。瘦肉型大白猪和长白猪全部表现为GG基因型;杜洛克猪表现为AG和GG两种基因型,其等位基因A 和G的频率是15 %和85 %;脂肪型通城猪和清平猪表现为AA 和AG两种基因型,其等位基因A、G的频率分别是91. 67 %、8. 33 %和89. 83 %、10. 17 %[29]。雷明刚等(2005)对不同品种猪HSL基因5 ′-UTR和外显子Ⅰ片段进行了克隆测序。序列比较发现,HSL基因外显子Ⅰ的442 bp 位置有G→A碱基间的变异, G→A的转换改变了限制性内切酶BsaHⅠ酶识别位点,且导致了编码氨基酸Val→ Ile的替换。经PCR-RFLP分析, HSL基因外显子Ⅰ BsaHⅠ位点多态性有AA、AG和GG 3种基因型。“大白×梅山”F2 代资源家系猪BsaHⅠ位点不同基因型个体背膘厚、肌内脂肪等性状协方差统计分析发现,AG基因型和GG基因型在眼肌面积上存在显著差异[30]。
　　三.UCP3基因遗传变异的研究
　　Knoll et al. (2000)研究表明，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[31]。申海莲等( 2002 ) 研究后认为，UCP3 基因-55C→T 变异与中国人局部体脂含量、体脂代谢及分布相关[32]。方美英等(2002)在UCP3 基因3' 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[33]。通过PCR-SSCP 方法，涂荣剑等(2004)证实UCP3 基因与胸腰椎间膘厚、系水力和失水率呈显著相关[34]。任亮等(2006)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cSNP 位点。该cSNP 位点发生G→A 突变，并导致相应编码氨基酸由甘氨酸→精氨酸的改变。该位点可以被限制性内切酶SmaⅠ识别。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[35]。
　　四.其它相关基因遗传变异的研究。
　　促黑激素皮质素受体—4(MC4R)是G蛋白偶联受体(GProteincoupledreceptors,GPCRs)超家族的一个成员,在人和鼠的体重、能量稳态和采食量的调控中具有重要作用。有研究报道MC4R基因的多态性对IMF和BF有影响;猪MC4R基因第7跨膜结构功能域的一个高度保守区内的错义突变(G→A)与脂肪性状相关显著。脂肪细胞定向分化因子1(ADD1)基因多态性同IMF有显著的相关,但是同BF没有显著的相关，其多态性有可能应用到提高IMF同时不影响BF的育种实践中。脂蛋白脂肪酶基因(LPL)第6内含子SmaⅠ的位点TT 基因型和tt 基因型在平均背膘厚上存在显著差异。在第8 内含子的HindⅢ-RFLP 位点上, 国外猪种和荣昌猪存在遗传变异, 其余国内猪种和野猪均为FF 纯合型。在第8 内含子的EcoRⅠ-RFLP 位点上, 国外猪种和中国地方猪种均以H 等位基因频率较高, 只有个别猪种间存在差异, 无明显的品种特征。
　　此外一个新发现的与IMF有关的基因—过氧化物酶体增殖体激活受体-γ基因。它在脂肪代谢调控方面的生物学效应主要表现为,促进脂肪细胞早期分化和脂质正向代谢调节。而且,还参与脂肪代谢相关基因的表达调控,调节脂肪代谢,正向调节脂肪储存和释放、维持机体能量平衡和促进脂肪细胞基因表达。有报道称PPARγ基因在肌肉中的表达对雄性哈萨克绵羊的IMF含量有负面影响，但在其他物种中没有影响。而在绵羊的后期生长阶段的影响需要继续研究。大量的研究证实此基因在很多动物中与脂肪的分化有关，因此该基因可能是IMF的一个候选基因，有待进一步研究。
　　五.结语
　　随着分子生物学技术的快速发展，各国学者通过对猪的肌内脂肪相关基因遗传变异的研究来了解其遗传机制，实现IMF含量的遗传改良，进而为提高育种改良的效果满足人们的生活需要奠定了坚实的基础。但对IMF主效基因及候选基因的研究还处于初始阶段，需要做进一步的研究，以实现肉质改良的目的，达到物种优化选择。
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