绵羊FecB基因的研究进展.pdf

收稿日期:2022-07-23作者简介:宋晓越(1986),女,陕西延安人,副教授,博士,主要从事动物遗传育种研究。基金项目:陕西省重点研发计划(2022NY-090);陕西化生基础科学研究项目(22JHQ045)绵羊 FecB 基因的研究进展宋晓越1,郝嘉旭1,李增开2,陈生会3,黄艳平2,张 鑫1(1.榆林学院 陕西省陕北绒山羊工程技术研究中心,陕西 榆林 719000;2.神木市畜牧业发展中心,陕西 榆林 719399;3.陕西省“四主体一联合”肉羊工程技术校企联合研究中心,陕西 榆林 719300)摘 要:近年来,关于骨形态发生蛋白受体 1B 基因(bone morphogenetic protein receptor IB,BMPRIB)编码区 A746G 位点(即 FecB 位点)的遗传以及生理效应的研究都有了极大的进展。本文阐述了绵羊的产羔性状,基于 CNKI 和 Web of Science 数据库分析了近十年国内外关于 FecB 基因的研究发表情况,总结了 FecB 基因在不同绵羊品种中的研究进展及影响产羔数的机理,并对 FecB 基因的检测方法及目前存在的问题进行探讨。旨在为多羔绵羊的培育提供科学依据。关键词:FecB 基因;繁殖;产羔性状 中图分类号:S826 文献标志码:A 文章编号:1008-3871(2023)05-0046-04DOI:10.16752/ki.jylu.2023.05.011 骨形态发生蛋白受体 1B 基因(bone morphoge-netic protein receptor IB,BMPRIB)属于转化生长因子 超家族,通过调节细胞分化、增殖等生理过程对哺乳动物胚胎发育、胎儿出生后发育及激素释放等起重要作用1。该基因作为绵羊的繁殖性能相关基因近年来研究很多,特别是其编码区 A746G 位点(即 FecB 位点)是多个绵羊品种中影响产羔数和排卵数的因果突变位点2-3,会直接导致绵羊的排卵数和产羔数增加4。在湖羊和小尾寒羊等品种中相继研究发现了 FecB 基因的多态性及与产羔性能的相关性5-6,能较大幅度地提高养殖户或养殖企业的经济效益。1 绵羊产羔性状繁殖性能是绵羊的重要性状,但其遗传力很低,利用传统育种方法难以获得显著进展。因此,通过现代分子生物学技术,寻找控制排卵或产羔数的主效基因就变得尤为关键。绵羊产羔数受遗传因素影响较大,且母本的繁殖性能一般能在后代中保持。FecB 基因已证实是能够决定布鲁拉美利奴羊羊繁殖的基因7-8,FecB 基因的杂合突变能增加 0.91.2 只的产羔,纯合突变能增加 1.1 1.7 只的产羔9。因此,上述发现可用于提高群体的繁殖力。2 国内外关于“FecB”的研究发表情况2.1 论文数量年度变化趋势基于 CNKI 和 Web of Science 数据库进行了以“FecB”为主题词的精准检索,检索时间范围为 19812023 年,检索日期到 2023 年 4 月 20 日,共检索到659 条学术期刊文献记录。然后运用 Excel 2019、GraphPad Prism v7.00 和 VOS viewer 等软件对结果进行可视化分析。结果表明,从全球年度发文总量来看,1992 年、2001 年和 2005 年发文总量突然增加,此后呈波动上升的趋势,尤其在近 5 年中,年发表论文的数量已经达到一个较高的数值(图 1)。从研究的内容来看,主要涉及绵羊、产羔数、小尾寒羊、多态性、候选基因、关联分析等关键词,说明 FecB 基因与绵羊产羔数的密切联系已成为国内外研究 FecB 的主要方向。在研究中,应用基础研究占比最大,其次是技术研究和技术开发,表明 FecB 基因对绵羊产羔数的影响研究在实践中的重要作用。2023 年 9 月第 33 卷 第 5 期榆 林 学 院 学 报JOURNAL OF YULIN UNIVERSITYSep.2023Vol.33 No.5图 1 1981-2022 年论文发表数量的年度变化趋势2.2 热门期刊分析共筛选出十个在 FecB 基因影响产羔数方面发表论文较多的出版物。在十个出版物中,中文杂志和英文杂志各占 50%。在中文杂志中,发表论文最多的是国家级核心期刊中国草食动物科学,其次是中文核心期刊黑龙江畜牧兽医和中国畜牧杂志。在英文杂志中,发表论文最多的是 Animal Re-production Science,其次是 Small Ruminant Research和 Biology of Reproduction。2.3 作者和研究机构发文量分析以 19922022 年期间的学者为统计源,将国内所有作者按照发文量进行排序,选取排名前五的作者,其中,来自中国农业科学院北京畜牧兽医研究院的储明星和狄冉发文量较多。此外,国内排名前十的作者中,有 6 位作者来自中国农业科学院北京畜牧兽医研究院,有 3 位作者来自山东省农业科学院,有 1 位作者来自新疆畜牧科学院,说明这 3 所机构为推动 FecB 基因与产羔数的研究做了很多工作。3 FecB 基因在不同绵羊品种中的研究进展产于黄河流域的山东,河北以及河南一带的小尾寒羊具有较好的繁殖性能10。2003 年,首次在小尾寒羊群体中检测到 FecB 基因突变11,并证实BB 型为优势基因型12,BB 型的产羔数比+型显著提升(P0.01)。2014 年,卡那提等13研究发现小尾寒羊群体的 FecB 基因具有较高的多态性,且FecB 突变在群体中分布较多,有助于提升群体繁殖性能。这些研究表明小尾寒羊的 FecB 基因可作为分子标记辅助育种。在湖羊中也发现存在 FecB 基因突变位点14,等位基因 B 和+的频率分别为 0.968 和 0.032,BB基因型频率高达 0.941,对应产羔数也显著高于其它基因型的母羊,说明 B 等位基因对产羔数的影响较大。目前,在湖羊研究中主要发现三种情况,一是群体中仅存在突变 B 等位基因,无野生型等位基因+;二是群体中存在突变型和野生型等位基因 B 和+,但以 B 占主导,无+基因型;三是群体中存在BB、B+和+3 种基因型,因此,对我国现有湖羊群体进行 FecB 基因检测和筛选非常有必要性。在我国的一些地方群体、培育品种或引进品种中也进行了 FecB 基因的研究。发现了新疆多浪羊中存在 FecB 突变,B+型母羊的产羔数比野生型多0.51 只(P 0.01)15。但在蒙古羊、内蒙古细毛羊、阿勒泰羊、呼伦贝尔羊、彭波半细毛羊、陶赛特和萨福克羊等群体中16未检测到 FecB 基因突变。塔什库尔干羊、藏绵羊、策勒黑羊、滩寒杂交群体中也发现 FecB 突变,并且对产羔数有显著影响17。吴天弋等18对苏州湖羊、徐州湖羊、小尾寒羊、洼地绵羊、阿勒泰羊和中国美利奴绵羊的 FecB 基因座位进行了检测,发现 FecB 基因突变还存在地理分布上的差异,东部显著高于西部。以上研究表明,在一些地方羊群中,FecB 基因突变的频率存在较大差异,有待通过杂交等方式提升这些地方羊群中 B 等位基因的频率,以提高产羔数。4 FecB 基因影响产羔数的机理FecB 基因主要在卵巢中表达,利用原位杂交技术,在绵羊卵巢上显示出 FecB 基因主要表达于卵巢上的卵母细胞和颗粒细胞中,且在卵泡发育的各个时期均见表达19。FecB 基因突变后,GDF5 基因表达降低,颗粒细胞分化和成熟提前,促进卵母细胞的生长发育,因此,突变个体产羔数高于野生型个体20。FecB 突变还能引起小尾寒羊卵泡发育和AMHR2 表达的时空改变,AMHR2 的特异性表达可能参与了 FecB 突变对卵泡发育的调控21。研究发现野生型小尾寒羊与 FecB 突变型在生殖过程中参与卵泡黄体转变的调控元件和 WNT 基因家族成员也存在差异,BB 母羊与 WW 母羊相比,LINC-219386 和 IGF2-as 的表达水平较高,在卵泡发育过程中调节其靶基因 DMXL2 和 IGF2 产生更多的 Gn-RH,这可以解释为什么突变母羊产生更多成熟的卵泡,这些来自不同发情状态下 FecB 突变下丘脑表达谱的结果,为 FecB 突变作用下下丘脑如何调节排卵提供了新的见解22。印度绵羊卵泡发育相关基因mRNA 表达在 FecB 突变和未突变个体中存在差异23。研究发现 FecB 基因可通过影响激素受体基因的表达差异来调控激素信号的接受能力,差异表达基因在卵母细胞和卵丘颗粒细胞中分别显著富集于卵母细胞减数分裂通路和 TGF-beta 信号通路。以上研究表明 FecB 基因突变可能改变了卵母细胞发育和卵丘颗粒细胞的增殖水平。5 FecB 基因的检测方法储明星等24建立了绵羊多胎主效基因 FecB 的74宋晓越,郝嘉旭,李增开,陈生会,黄艳平,张 鑫:绵羊 FecB 基因的研究进展PCR-RFLP 和 PCR-SSCP 检测方法,对小尾寒羊、湖羊、东弗里生、中国美利奴等共 6647 只绵羊进行了检测,发现这两种方法都能准确判型,检测结果完全相同。杨宇泽等25也成功利用 PCR-RFLP 方法分析了不同基因型的 FecB 基因对小尾寒羊产羔数的影响。郝耿等26在检测阿勒泰羊 FecB 基因酶切产物时表明,12%非变性聚丙烯酰胺凝胶比 3%琼脂糖凝胶的图像清晰度高、分辨率高,而且检测结果准确可靠。刘秋月等27建立了 SNaPshot 和 Taqman探针法,发现这两种方法与传统方法对比不仅减省检测成本、降低检测周期,且能提高检测效率。高分辨率溶解曲线也被用于 FecB 基因检测,可以快速检测绵羊低丰度 FecB,灵敏度比传统 qPCR 高 4 倍,可用于绵羊 FecB 基因的大群体快速筛查。6 存在问题虽然,FecB 基因对提高羊的产羔率有影响,但是,目前也从在一些问题。比如,研究表明,FecB 基因导入到藏绵羊、蒙古羊等群体中,虽然可以有效地提高这些绵羊群体的繁殖能力,但也会引起其他性状的拮抗,比如羔羊初生重低、弱羔及生长速度慢等。研究发现携带 B 等位基因的母羊的高繁殖率与羔羊的低出生重、断奶体重减轻有关。撤栓后+B型小尾寒羊第一次发情时间显著早于 BB 和+型,而且+B 型小尾寒羊的发情周期更短,表明中等排卵数、较高产羔数和发情周期更短的 FecB 杂合子个体(+B)应当被畜牧工作者加以重视和推广28。7 展望近十年,关于 FecB 基因影响产羔数方面的论文研究数量呈现稳步增长态势,众多研究证实了 FecB基因突变影响一些绵羊品种的产羔数,同时研发了多种针对 FecB 基因突变的检测方法,促进了绵羊繁殖性能的提升。但仍有很多绵羊品种没有发现相关突变或该突变对产羔数没有相关性。因此,需要进一步挖掘不同品种绵羊产羔相关基因,以推动绵羊养殖的提质增效。参考文献:1张壮彪,刘秋月,狄冉,等.绵羊主效基因 FecB 的检测与肉用多羔核心群的建立J.中国畜牧杂志,2020,56(2):53-58.2南景东,陈国旺,张建胜,等.绵羊多胎基因研究现状J.现代畜牧兽医,2022,408(11):75-78.3张天浩,秦学波,刘铮铸,等.不同产羔数湖羊生长性能和 FecB 基因遗传效应J.河北科技师范学院学报,2022,36(3):61-67.4张也,艾日夏提地里夏提,刘志强,等.FecB 基因对杜泊羊和湖羊杂交后代产羔率与生长性能的影响J.中国食草动物科学,2021,41(2):69-72.5喇永富,李发弟,杨勤,等.FecB 基因在 5 个中国地方绵羊品种中的多态性及其与产羔数的关联分析J.中国草食动物科学,2020,40(2):12-17.6林秀斌,张柠,朱仲豪,等.绵羊多胎主效 FecB 基因检测在湖羊选育应用J.中国畜禽种业,2018,14(12):64-65.7姜运良,吴常信.绵羊多胎基因的研究进展J.中国畜牧杂志,1999,35(4):51-53.8周明亮,杨平贵.我国绵羊 FecB 基因的研究进展J.草学,2021(4):68-72.9PIPER L R,BINDON B M,GUGLIELMONE A A,et al.The Booroola merino and the performance of medium non-peppin crosses at ArmidaleJ.Wool Technology&Sheep Breeding,1982,31(1):14.10国家畜禽遗传资源委员会.中国畜禽遗传资源志羊志M.北京:中国农业出版社,2011.11王根林,毛鑫智,GEORGE H D,等.DNA 分析发现我国湖羊和小尾寒羊存在 Booroola(FecB)多胎基因J.南京农业大学学报,2003,26(1):104-106.12柳淑芳,姜运良,杜立新.BMPR IB 和 BMP15 基因作为小尾寒羊多胎性能候选基因的研究J.遗传学报,2003,30(8):755-760.13卡那提沙力克,侯广田,等.小尾寒羊及其杂交子一代中 FecB 基因的遗传结构分析J.新疆农业科学,2014,51(7):1361-1366.14杨媛,翁恺麒,李拥军,等.BMPR IB 基因多态性与湖羊产羔性能的关系J.安徽农业科学,2017,45(26):113-115.15史洪才,高志英,牛志刚,等.新疆多浪羊 FecB 突变检测及与产羔数的关系J.农业生物技术学报,84榆林学院学报 2023 年第 5 期(总第 169 期)2011,19(2):330-334.16於建国,郝耿,陈童,等.阿勒泰羊高繁殖性状候选基因 BMPR IB、BMP15 的研究J.中国草食动物科学,2016,36(4):1-4.17穆方方,王鑫,徐雯洁,等.彭波半细毛羊 BMPR IB 基因突变与其产羔性的相关分析J.淮北师范大学学报(自然科学版),2019,40(3):49-54.18吴天弋,鲍建军,吕晓阳,等.中国绵羊群体 FecB 基因遗传分化的研究J.当代畜牧,2016,(27):39-42.19 SINGH R V,SIVAKUXNAR A,SIVASHANKAR S,et 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基因影响小尾寒羊繁殖力的分子机制研究D.北京:中国农业大学,2018.(责任编辑:邵治亮)Research Progress in FecB Gene in SheepSONG Xiao-yue1,HAO Jia-xu1,LI Zeng-kai2,CHEN Sheng-hui3,HUANG Yan-ping2,ZHANG Xin1(1.Shaanxi Province Engineering&Technology Research Center of Shanbei Cashmere Goats,Yulin University,Yulin 719000,China;2.Shenmu Animal Husbandry Development Center,Shenmu 719399,China3.Shaanxi Province“Four Subjects One Joint“Sheep and Goat Engineering&Technology University&Enterprise Alliance Research Center,Shenmu 719300,China)Abstract:In recent years,there has been a great progress in the study of the genetic and physiological effects of A746G site(the FecB site)in the bone morphogenetic protein receptor IB(BMPRIB).This paper expounds the lambing characteristics of sheep,analyzes the research of FecB gene in the CNKI and Web of Science database,summarizes the research progress of FecB gene in different sheep varieties and the mechanism of influencing the lit-ter size,discusses the detection method and existing problems of FecB gene.It aims to provide a scientific basis for the cultivation of multi-lamb sheep.Key words:FecB gene;breeding;lambing trait94宋晓越,郝嘉旭,李增开,陈生会,黄艳平,张 鑫:绵羊 FecB 基因的研究进展