牦牛肉质性状相关候选基因研究进展

胡金丽，庄 蕾，吴 森,,3*

（1.青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海西宁 810016；2.青海大学畜牧兽医科学院，青海西宁 810016；3.青海省高原家畜遗传资源保护与创新利用重点实验室，青海西宁 810016）

牦牛（Bos mutus）素有“高原之舟”的美称，在我国主要分布于海拔3 000～5 000 m 的青藏高原及其毗邻的高山或亚高山地区[1]。极强的高海拔适应能力、抗寒、耐粗饲等优良特性使牦牛成为青藏高原地区农牧民重要的生产生活物资来源，特别是一些驯化品种（品系），其乳、肉、役等方面应用价值得到了进一步提高。在肉用方面，牦牛肉味道鲜美，具有低脂肪、高蛋白、富含多种重要的维生素和矿物质等优点[2]，但牦牛生长缓慢，存在肌肉发育迟缓、脂肪沉积效率低、嫩度差、口感粗糙等问题，不利于青藏高原地区牦牛肉制品生产开发。除了受环境、营养条件限制外，畜禽肉品质性状还受到多基因调控影响。研究者们已通过高通量测序、分子辅助标记等手段筛选、鉴定出了一系列可能调控牦牛生长发育的关键性调控基因[3-11]，这些基因作为未来牦牛定向分子育种的候选基因，或可成为牦牛品质改良的关键。本文综述了已鉴定出的牦牛肉品质相关候选基因的研究进展，以期为后续牦牛选育改良、分子育种等工作提供参考。

1 影响牦牛肉品质性状相关候选基因

牦牛的肉品质性状是多个基因相互调控、表达的结果。与牦牛肉品质相关的候选基因有心脂肪酸结合蛋白（Heart Fatty Acid Binding Protein，H-FABP）、脂 肪酸合成酶（Fatty Acid Synthase，FASN）、钙蛋白酶抑制蛋白（Calpastatin，CAST）、钙蛋白酶1（CAPN1）激素敏感脂酶（Hormone-Sensitive Triglyceride Lipase，HSL）、瘦素（Leptin）、锚定蛋白（Ankyrin1，ANK1）、肌肉生长抑制素（Myostatin，MSTN）、生肌调节因子（MRFs）等[3-11]。

1.1H-FABP基因 H-FABP 又叫FABP3，是脂肪酸结合蛋白超家族（FABPs）的一员，于1972 年被学者发现，现今被广泛地应用于心肌损伤的早期诊断[12]。牦牛H-FABP基因由4 个外显子和3 个内含子组成，编码序列全长为402 bp，与黄牛H-FABP基因相似度较高，功能保守[13]。大量研究表明，H-FABP基因是影响畜禽肉品质的主效基因[14]，它可以和过氧化物酶体增殖物激活受体（Per-Oxisome Proliferator Activated Receptors，PPARs）相互作用，调节机体内葡萄糖和脂肪的平衡[15]。作为一种脂肪酸载体蛋白，FABP 通过结合作用将脂肪酸从细胞膜转运到细胞内三酰甘油、磷脂的合成部位，从而调节细胞内脂肪浓度，改变动物细胞肌内脂肪（Intramuscular Fat，IMF）含量[16]，IMF 含量的改变又与肌肉嫩度、眼肌面积和大理石花纹等肉质指标密切相关。曹健[17]研究发现，H-FABP和A-FABP会影响甘南牦牛的嫩度和眼肌面积等指标。相似地，研究者们在其他畜禽上得到了类似的试验结果。有研究发现H-FABP基因外显子SNP 可使畜禽的体尺性状得到提升，胸围和体重指标表现更加优异[18]。此外，控制饲料的营养水平可以调控H-FABP表达量，低营养水平日粮能提升动物多项肉品质性状指标，且基因表达量与IMF 呈一定的正相关[19]。但张梅[20]研究发现，在鸡的生长发育过程中，H-FABP表现出下降趋势，与鸡肌肉中IMF 显著负相关，这一结果与曹健[17]、孙瑞萍等[19]的研究结果相悖。可见，不同物种间的H-FABP基因与肉品质性状的关联存在一定品种差异，在牦牛育种筛选过程中要注意品种特异性。

1.2FASN基因 脂肪酸的含量与组成是肉品质评价的重要指标之一。FASN 是脂肪酸合成途径中一种重要的多功能蛋白酶，它是由2 个272 ku 的多功能肽聚合而成的同型二聚体[21]，通过催化乙酰、丙二酸单酰和NADPH（还原型辅酶II）实现脂肪酸的合成[22]。FASN 在NADPH 存在的前提下，联合乙酰辅酶A 和丙二酸单酰辅酶，消耗底物合成软脂酸（16:0）[23]，影响肌内脂肪沉积。因此，FASN基因或可以作为影响牦牛脂肪沉积的关键候选基因。研究表明，牦牛背最长肌中FASN基因表达量与肌肉中C10:0 脂肪酸含量极显著正相关[24]。FASN的SNP 被发现与肌肉中硬脂酸、花生四烯酸、二羟甲基-γ-亚麻酸含量存在一定相关性，其中花生四烯酸与FASN-CC 基因型的相关性最强，具有加性效应，估计平均值最高[25]。相似地，Dongyep 等[26]发现FASN基因的SNP 可以明显改变脂肪酸含量，与大理石花纹得分显著正相关。此外，洪志勇[27]发现FASN基因的SNPs 对肉品质性状影响显著，且不同多态位点对多个肉质性状的效应不同。通过现有的关联性分析发现，未来研究中进一步验证FASN基因对牦牛肌肉的分子调控机制，是解密牦牛肌内脂肪沉积模式的关键。

1.3 钙蛋白酶系统 钙蛋白酶属于蛋白质水解酶，能够调节肌肉中蛋白质的水解与合成，在畜禽屠宰后肌肉嫩化过程中发挥重要作用[28]。钙蛋白酶系统主要由钙蛋白酶抑制蛋白（Calpastatin，CAST）、钙蛋白酶（CAPN）和骨骼肌特异性钙蛋白酶（P94）组成。CAPN 可降解蛋白质，而CAST 作为机体内源性抑制剂，其第2～5结构域中的A、C 保守区，通过与CAPN 的第4、第6结构域紧密结合，发挥调节CAPN 活性的作用[29]。大量的研究表明，钙蛋白酶系统与肉的嫩度密切相关。潘红梅[30]对甘南牦牛CAPN3基因多态性与胴体、肉品质性状的关联性进行分析发现，SNP 导致了3 个氨基酸错义突变，且其突变可能与牦牛胴体重及肉品质性状相关。牛晓亮[31]也指出甘南牦牛的CAPN4和CAST基因存在多个多态性位点，SNPs 与牦牛的胴体和肉品质性状显著相关。近几年研究还发现，A-FABP、H-FABP、ADSL（adenylosuccinate lyase）、CAPN1和CAST多基因联合影响肉类的风味、鲜味和嫩度[32]。如华金玲[33]指出CAPN1、CAST基因多态性与牛的肌肉嫩度显著性相关。马丽娜[34]也发现提高饲料中蛋白质水平，滩羊肌肉中CAPN1、CAPN2表达量和嫩度表现出一致的先降低后升高的趋势。CAST基因对其他肉品质性状也有影响，如孙立彬[35]指出CAST基因的多态性与背膘厚度显著性相关，野生突变型群体背膘厚度可达1.45 cm，相比非突变型群体，背膘厚度显著下降。以上关于CAPN和CAST基因的研究说明，钙蛋白酶对畜禽的嫩度、背膘厚度有重要意义，可以作为牦牛改善和提高肉质过程中育种辅助标记的候选基因。

1.4HSL基因 HSL 是脂肪代谢途径中限制组织内二酰基甘油和胆固醇酯水解速率的限速酶。生物体内的三酰甘油（Triacylglycerol，TAG）在甘油脂肪酶和激素敏感脂酶的作用下逐步分解为二酰甘油（Diacylglycerol，DAG）、单酰甘油，最后生成脂肪酸和甘油[36]，为机体提供脂肪合成所需的原料和能量。HSL是对肉品质性状有重要意义的候选基因，长期以来受到学者们的广泛关注。麦洼牦牛HSL基因外显子7 上仅有A6816G基因和管围极显著相关，这间接说明牦牛肉品质性状与生长速度间存在不利关系[37]。大量研究表明HSL基因与IMF 沉积密切有关。张海波等[9]发现，牦牛通过抑制脂肪分解相关基因（HSL和CPT-1）的表达提高IMF 含量，进而提高牦牛肉的嫩度，改善肉品质。栾兆进[38]指出FAM134B（Family With Sequence Similarity 134，member B）、FAS基因的表达可能会促进IMF的沉积，而PPARγ（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor Gamma）、HSL基因对IMF 的沉积可能存在一定的抑制作用。有研究发现，牦牛体内HSL和CPT-1的活性、表达量均显著高于犏牛，这可能是其嫩度较差的原因之一[39]。在牦牛生长发育的过程中HSL基因通过抑制IMF 沉积影响肉的嫩度，因此可以将HSL基因作为影响牦牛肉品质性状的候选基因。

1.5Leptin基因 瘦素是一种由脂肪组织分泌的蛋白质类激素，作为抑脂信号，它通过作用于下丘脑的Neuropeptide-Y 神经元发挥其调节动物食欲，参与基础代谢和影响胴体脂重量的功能[7]。Leptin基因与脂肪的关联一直是动物肉品质性状研究的重点，牦牛背最长肌中Leptin基因第2 和第3 外显子上有7 个SNPs，其中4 个错义突变会影响肌肉脂肪中饱和脂肪酸的组成和去饱和作用[7]。姜长生[40]发现新疆褐牛Leptin基因的SNP 与IMF 含量、剪切力极显著相关；Fiona 等[41]发现牛Leptin基因第2 外显子的SNP 与体脂肪沉积性密切相关，T 等位基因与较胖的胴体相关，C 等位基因与瘦肉型胴体相关；Lagonigro[42]就牛Leptin基因的多态性与采食量、脂肪相关性状之间的关联研究，进一步证明Leptin基因能调节动物食欲，并与某些脂肪相关性状存在一定联系。此外，于太永[43]指出Leptin可能参与骨骼肌成肌细胞生长发育早期阶段肉嫩度的调控。由此可见，Leptin基因的单核苷酸多态性、功能和不同畜种的肉品质性状存在一定的相关性，可以将之作为牦牛选育改良过程中辅助标记的候选基因。

1.6ANK1基因 ANK1 是一种衔接蛋白，相对分子量为190～220 ku，在体内起固定或衔接细胞骨架与其他细胞器的作用。目前关于ANK1 基因的研究多与医学领域相关，而对肉品质的研究鲜有报道。陈海青等[44-45]首个对ANK1基因SNPs 和牦牛肉品质性状的关联进行了研究，发现ANK1基因多态性与甘南牦牛部分胴体及肉品质性状显著相关，且相关性受到年龄的影响。研究发现，ANK1基因在幼嫩肌肉和强韧肌肉之间存在极显著性差异，且ANK1基因与肉质性状的关联比CAPN1基因更为紧密[46]。ANK1基因对其他肉品质性状也有影响。如Horodyska[47]指出ANK1基因SNP 与嫩度、IMF、肉色、多汁性等多个指标存在相关性，其中，SNP6 与质地评分相关，SNP17 与多汁性相关，单倍型（cHAP）1 与亮度、红色、极限pH 以及肌节长度有关。目前，国内对ANK1基因的研究主要集中于医疗，对于肉品质性状等基础性研究的探索仍然处于起步阶段，ANK1等位基因可能是基因辅助选择改良牦牛肉品质性状的潜在靶点。

1.7MSTN基因 MSTN 又称生长分化因子-8，在骨骼肌生长过程中起负调控作用，与畜禽的净肉率、胴体重等肉品质性状密切相关。近些年发现，MSTN基因内含子2 中的SNP 与牦牛多个生长性状和肉用指数显著相关，野生突变型牦牛的胸围、体质量、胸围指数和肉用指数等性状显著优于非突变型牦牛[48]。这可能是因为PGC-1α（Peroxisome Proliferator-Activated ReceptorγCoactiva-Tor-1）、MSTN和CAST基因联合调控影响肌纤维生长发育，进而影响肌肉嫩度、色泽、IMF 含量等肉品质性状[49]。如Li 等[50]研究发现，MSTN突变能改善胴体组成、提高瘦肉率、降低背膘厚度、增加背最长肌面积以及降低IMF 含量；张琳等[51]研究发现，MSTN基因通过对前体脂肪细胞的负调控作用抑制PPAR-γ、ACC（Acetyl-CoA CArboxylase）和FAS基因表达，继而抑制脂肪的分化、合成，从而影响动物肌肉发育，影响肉品质。由此可见，MSTN基因对肉品质具有一因多效的作用，可以作为牦牛肉品质性状的候选基因。

1.8 MRFs 家族基因 MRFs 家族又叫生肌决定因子（MyoD），主要发挥调控肌肉生长发育的作用[52-53]，在肌肉分化过程中通过调控肌细胞的融合和纤维的形成影响肉质性状[54]。MRFs家族有4 种不同的肌肉特异性基因，分别是生肌决定因子（MyoD）、肌细胞生成素（MyoG）、生肌因子5（Myf-5）和MRF4（Myf-6）[55]。MyoG基因的多态性已被证实与牦牛体高显著相关，可以作为体尺性状标记的候选基因[56]；MyoD基因SNP也被证实与IMF 存在关联性[57]。此外，通过控制饲粮营养水平可以提高生肌因子（Pax3、Myf-5、MyoG和Mrf4）的表达量，增加动物背最长肌中氧化型肌纤维表达的同时，减少其酵解型肌纤维的表达，进而达到提高肌肉嫩度、改善肉品质的目的[58]。还有研究发现，MRFs基因对其他肉品质性状也有影响。如任霆[59]研究发现，CAST和MyoD基因SNP 与巴美肉羊色泽、剪切力都显著性相关；Myf6基因mRNA 表达量也被证实与红度值、黄度值、净肉率和胴体重显著正相关，与亮度、屠宰率显著负相关[60]。目前，国内外对MRFs基因与不同畜种肉品质的相关性研究进一步证实，该基因与肉品质性状密切相关，未来或可将MRFs家族基因作为牦牛育种中辅助标记、筛选的候选基因。

1.9 其他基因 除了上述候选基因，还有许多基因正处于相关性验证的起步阶段。如焦斐等[61-62]研究发现，PRKAG3（the Protein Kinase Adenosine Monophosphate-Activatedγ3-subunit）基因SNP 仅与部分牦牛失水率存在一定关联，而与其他肉品质性状无相关性，该试验结果存在一定争议，仍需进一步验证；陈彦丽[63]就STAT5A（Signal Transducers and Activators of Transcription 5）基 因和THRSP（Thyroid Hormone Responsive spot 14）基因的多态性对甘南牦牛的乳品质和胴体形状的影响进行了研究，发现不同胎次甘南牦牛的乳品质以及不同年龄段甘南牦牛胴体重存在显著性差异；刘东花等[64]指出，牦牛背最长肌中HSPB6（Heat Shock Protein Beta-6）基因mRNA 表达水平显著高于黄牛，这可能是牦牛肉嫩度较差的原因之一；陈露露等[65]探究了牦牛MDH II（Mitochondrial Malate Dehydrogenase）基因与脂代谢候选基因CPT-1的关联，推测MDH II基因可能也参与了脂代谢调控。牦牛的肉品质性状是多个基因共同调控的结果，且调控机制较为复杂，甚至有些基因尚待挖掘，因而在探究牦牛肉品质性状与各基因之间的关联、各基因的网络调控关系、精确验证基因的调控功能等方面仍需进一步研究。

2 总结与展望

学者们通过PCR-RELP 和PCR-SSCP 分子辅助标记技术对牦牛H-FABP、FASN、CAST、CAPN1、HSL、Leptin、ANK1、MSTN、MRFs等多个基因进行研究，探讨了基因克隆测序、基因多态性及其与肉品质性状的关联性。目前，对于牦牛肉品质的关键性调控基因的研究还不够深入，其功能和调控机制仍然需要进一步探索；此外，个别基因对肉品质性状的调控功能还存在争议，需要进一步验证。究其原因可能与高原恶劣的环境、科研人员不足、牦牛样品采集不便以及成本昂贵密切相关。虽然现阶段的技术手段、试验方法对生物体中复杂分子调控网络的解析仍不透彻，相关研究结果仍需验证，具体机制仍需深入解析，但是，我们相信未来在新技术、新方法、新手段的支持下，牦牛选育改良相关工作必能迎来新突破。