绵羊多胎性状候选基因群及其互作效应的研究

发布时间：2016-06-29 07:14

1  文献综述

1.1 我国主要多胎绵羊品种
湖羊来自蒙古羊，主要分布在浙江省和江苏省的部分县及上海市郊。公元十世纪，南宋迁都临安，黄河流域居民大量南移，将北方绵羊携带到江南，安居在江浙交界的太湖流域，故名“湖羊”，亦有“吴羊”、“桑叶羊”等称谓。湖羊体格相对较小，头型狭长，鼻梁隆起，眼大突出，耳大下垂，公、母羊均无角，颈细长，胸部狭窄，背平直，躯干和四肢细长，体质纤细，群众称之为“绣花脚”，体质偏于柔弱，放牧游走能力弱。由于长期舍饲，不见天日，缺乏运动，世代相传，形成胆小怕光的习性[1,2]。 湖羊羔羊平均初生重为 3.3 千克，3 月龄、6 月龄羔羊分别为 21.99、33.76 千克，成年公、母羊分别为 52.0、39.0 千克。公、母羊剪毛量分别为 2.0、1.2 千克。羔羊生后 1～2 天内屠宰取羔皮称为“小湖羊皮”，即湖羊羔皮，皮薄而柔，毛色洁白光亮如丝，花纹奇特，有波浪形美丽图案，扑而不散，可随意染色。出口最盛时，一般湖羊羔皮值 3～4 银元，而甲级羔皮价格最高达 6 块银元，可换 10 担大米。公羊在 8 月龄性成熟，而母羊 4～5 月龄初情，6 月龄初配，四季发情，可 1 年 2 产或 2 年 3 产，每产平均产羔率为 229%。经产母羊日产奶量 2.0 千克左右。 湖羊羔皮有“软宝石”之称，在国际市场上享有盛誉，为传统出口商品。此外，湖羊还具有性成熟早、多胎多产、生长快等优点，已被广泛引入全国各地,尤其是农区各省,是我国农区肉羊业的支柱品种，与小尾寒羊可谓一时瑜亮。相对小尾寒羊，湖羊母性好，奶水多，断奶羔羊成活率高，耐粗饲，易上膘，抗病力强，容易饲养。 在历史上,湖羊产区曾引进过小尾寒羊、毛用绵羊品种等用于杂交育种改良。同时由于湖羊群体中有较大的种质差异性，其中部分湖羊的产羔能力并不高。因此，为保护并提高湖羊种质特性，应有目的、有组织、有计划的开展选育工作。目前有越来越多的国内外研究学者开始了对湖羊高繁殖力候选基因分子标记的相关性研究。石国庆等[3]通过应用酶免疫测定法和放射免疫测定法对湖羊和新疆细毛羊妊娠早期血清中一些主要激素的激素水平进行检测，从而对多胎、单胎绵羊妊娠早期的生殖内分泌差异进行比较。试验结果为研究其多胎作用机制提供了重要参考。此外，相关的分子遗传研究也已取得显著进展，已确定了湖羊繁殖力主效基因。 
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1.2 绵羊繁殖力及其候选基因

繁殖力是指单位个体产出有生命后代的能力，同时也指代一个群体的后代出生率。在绵羊这一种群中，繁殖力指的是母羊产羔数（Litter Size,LS）的多少，主要受遗传因素和环境因素（日粮营养，季节气候，畜群类别和饲养管理系统等）影响。产羔数是一个复杂的低遗传力（小于 0.1）繁殖性状[4]，亦是绵羊育种计划中极为重要的繁殖性状[5]。近年来，很多育种学家均在分子领域开展着大量的相关性研究，相继发现了一些能够影响绵羊繁殖力的候选基因（表 1.1）。  BMPR-1B 基因位于绵羊的 6 号染色体上，参与 BMP-2（Bone morphogeneticprotein-2)、BMP-4、BMP-6/Vgr-1（Vg-related protein-1）、BMP-7／OP-1（Osteogenic protein-1）、GDF-5（Growth differentiation factor-5)以及 BMP15 信号转导，在卵母细胞和颗粒细胞中有表达[33]。BMPR-IB 敲除的小鼠呈现卵丘扩展和受精缺陷、不育等特征[34]。 20 世纪 80 年代，在对澳大利亚绵羊的产羔数和排卵率分别进行研究时，发现了 Booroola（FecB）基因突变[35]。研究表明，FecB 基因位于 BMPR-IB 基因上，是 BMPR-IB 基因编码区第 746 位发生 A-G 的改变，引起第 249 位氨基酸由谷氨酰胺变为精氨酸(Q249R)[36]。Q249R突变体可能减弱了 BMPR-IB 与其配体的识别[37]。FecB 突变纯合体的血浆 FSH(Follicle stimulating  hormone)和 LH(Luteinizing  hormone)浓度比突变杂合体的高，杂合体比野生纯合体高，而突变体颗粒细胞 FSH 受体和 LH 受体表达水平高，导致更多的小卵泡发育[38,39]。 

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2  引言 

动物生产性能是一种综合性能的体现。通过对动物生化特性的研究，进而对与动物生产性能的关系进行分析，不仅有利于增加选择的作用强度，而且对于提高选育的准确性和时效性也具有极其重要的作用。而筛选影响绵羊产羔数相关的候选基因，并阐明其作用机制，不仅有助于了解绵羊的繁殖调控机理，同时对畜群的遗传改良和进一步进行标记辅助选择具有重要意义。 产羔数是绵羊繁殖性能的主要体现，亦是绵羊的重要经济性状，是制约绵羊养殖产业经济效益的重要因素，提高母畜繁殖性能是绵羊业多产高产的重要基础，，与绵羊养殖业的经济效益紧密相连。因此，如何提高绵羊产羔数无疑是全国养羊业获得持续经济效益的核心问题。绵羊产羔数性状属低遗传力（0.1）阈性状[165]，因此从分子水平上对产羔数及其生长性状相关的候选基因或与 QTL 紧密连锁的分子标记进行选择，被认为是目前最为有效的遗传改良途径。布鲁拉(Booroola )美利奴绵羊的平均产羔率高达 350%[166]。而我国所特有的多胎绵羊品种：湖羊和小尾寒羊皆具备高产多胎等优良繁殖特性，为我国绵羊群体中极富价值的基因库。 目前绵羊的育种工作已进入到利用绵羊基因组和功能基因组信息开展分子标记辅助育种的新阶段，通过国内外大量学者对影响绵羊产羔数基因的深入研究，已发现大量影响绵羊繁殖力的候选基因，但其大多进行的是单分子标记研究[167]，而对影响绵羊产羔性状的多个基因联合效应相关深入研究鲜有报道。如何拓展基因聚合的分子标记数量，基于基因聚合的策略开辟绵羊繁殖性状遗传改良的新途径已然成为当前绵羊育种的主要目标。但就研究前景来看，利用多基因聚合原理对绵羊产羔性状进行综合选择，从而加快育种进展，实现目标性状整体改良，是分子育种的必然趋势。基因聚合技术目前多应用于植物研究中[168,169]，并已成功在生产实践中开展应用[170]。因此，本试验力求从影响繁殖性能的候选基因中筛选部分基因，通过分析多基因互作效应来寻找控制产羔性能的分子标记，从而应用于生产实践中，切实推进绵羊养殖产业的经济发展。 
本研究以中原地区肉羊生产主体品种湖羊和小尾寒羊为主要研究对象，以杜泊羊为参照群体，首次对 B4GALNT2、ZAR1 基因群体遗传特性进行分析；其次，根据已有的研究成果，从众多候选基因中筛选出重要的 SNP 位点，首次对影响绵羊产羔数的 17 个主要候选基因中的 20 个重要 SNP 与对产羔数的单独效应及互作效应进行分析；在证实单基因型效应的基础上，突破单分子标记的局限性，着重对多基因突变体互作效应进行分析。基于基因互作的相关理论首次对三个绵羊品种多个重要 SNP 在不同组合方式下的遗传效应进行评估，以期找出新的分子标记；最后，对各主效基因 SNP 对母羊体重、体尺指标间关联性性进行分析。上述研究的目的旨在完善绵羊多胎性分子遗传基础研究内容，进一步揭示绵羊多胎性分子遗传机制，为育种实践中科学选种和有益基因聚合提供理论依据。 
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3  试验一  绵羊 B4GALNT2 和 Zar1 基因遗传变异分析 .... 21
3.1 试验材料 ..... 21
3.2 试验方法 ..... 23 
3.3  结果与分析 ........ 29
3.4  讨论与小结 ........ 33 
4   试验二  17 个候选基因中重要 SNP 对绵羊产羔数单基因效应分析 ........... 36 
4.1 试验材料 ..... 36 
4.2 试验内容和方法 ......... 36 
4.3 结果与分析 ......... 40
4.4 讨论与小结 ......... 46 
5  试验三  17 个候选基因中重要 SNP 对绵羊产羔数的互作效应分析 ..... 49 
5.1 材料与方法 ......... 49 
5.2 试验数据统计分析 ..... 50 
5.2.1 多基因互作效应分析模型 ..... 50 
5.2.2 数据分析步骤 .......... 50 
5.3 结果与分析 ......... 50 
5.4 讨论与小结 ......... 53 

6  试验四  17 个候选基因中重要 SNP 与母羊体重性状关联分析 

寻找分子标记对动物繁殖性状进行遗传改良无疑是一种极为有效的改良方式，尤其是针对绵羊产羔数这类低遗传力（0.1）阈性状。而在实际生产过程中，单靠分子标记对绵羊进行选择显然是不够的，同时鉴于其较高的检测成本，在绵羊大规模养殖的过程中，其可实施性略显不强。因此针对高产绵羊的体型外貌，建立一种高效、便捷的选择方式显得尤为重要。 在实际生产过程中，观察发现，繁殖力高的母羊，其体重明显偏低，推测对产羔数有显著影响的分子标记，是否与母羊体重之间也紧密相关。迄今为止，该领域学者的相关研究大都专注于寻找能够显著提高绵羊产羔数的主效基因，亦或是主效基因各基因型与 90 日龄羔羊体尺性状的关联分析等[201]。而忽略了相关分子标记与母羊体重之间的关联性，鉴于此，本试验首次对影响绵羊产羔数的 17 个候选基因的 20 个重要 SNP 位点与母羊体重进行关联分析。
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结论 

（1）本研究首次对湖羊、小尾寒羊和杜泊羊 B4GALNT2 全基因进行扫描分析，未发现任何变异位点；在绵羊 Zar1 基因上首次发现两个多态位点对三个绵羊品种各生产性状影响均不显著。表明绵羊 B4GALNT2、Zar1 基因在进化中相对比较保守。 
（2）；利利用飞行时间质谱生物芯片系统（Sequenom MassArray），对影响绵羊产羔数的17 个主要候选基因（FecB、GDF9、MTNR1A、ESR、RBP4、PRL、PRLR、FecXL、INHA、INHBA、BMP4、FSH-β、IGF-Ι、IGF-II、PGR、RXRG、Zar1）中的 20 个重要 SNP 与对产羔数的单独效应进行分析发现： ①多个位点单基因效应分析发现除证实了多胎主效基因 FecB 与小尾寒羊经产产羔数密切关联；②之外，MTNR1A（G604AMTNR1A 基因的 G605A 位点在小尾寒羊群体中仅存在 GG、AG 两种基因型，首次观察到 MTNR1A（G605A）突变位点对小尾寒羊经产产羔数有显著影响；③首次发现湖羊）和 GDF9 基因 G477A 位点的优势基因型为 GA 型，优势等位基因为A，有利基因型 AA 型对湖羊产羔数影响显著。 带格式的: 两端对齐, 缩进: 首行缩进:  0 字符, 定义网格后不调整右缩进, 行距: 固定值 20 磅, 不对齐到网格    以上各分子标记可作为绵羊产羔数选择的可用分子标记。 
（3）对 17 个候选基因 20 个重要 SNP 与产羔数互作效应分析，发现有显著聚合效应的 7 个位点：FecB(A746G)、GDF9(G477A)、ESR(C363G)、PGR(C70T)、MTNR1A(G605A)、TGF-1(G4988A)和 PRLR(G304A)。
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参考文献(略)

本文编号：63139