牛生长激素受体基因多态性及其研究进展

摘要生长激素受体基因是重要的家畜生产性状候选基因,它的突变可能导致生长激素受体结构及功能的改变,从而影响到信号的转导以及生长激素的生理作用。介绍了牛生长激素受体基因的多态性及其与生产性能相关性的国内外研究进展。

关键词牛;生长激素受体基因;多态性;研究进展

中图分类号Q78文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)11-0212-02

生长激素受体(growth hormone receptor,GHR)基因碱基序列的突变可能导致其结构及功能的改变,进而影响到信号转导及生长激素(growth hormone,GH)作用的生理效应,最终影响产奶、产肉等经济性状。因此,将牛的生长激素受体(bovine growth hormone receptor,bGHR)基因作为候选基因,研究其与生产性能的关系,对牛的育种有很大实践意义[1]。笔者主要介绍了bGHR基因在多态性和生产性状的相关性等方面的研究进展。

1GHR结构与特性

生长激素(GH)能促进动物肌肉和骨骼的生长,并能调节体内的物质代谢,是调节动物生长发育和三大物质代谢过程的一个重要内分泌因子。GH主要通过抑制肌肉及脂肪组织利用葡萄糖,同时促进肝脏中的糖异生作用并对糖元进行分解,从而使血糖升高;生长激素可促进脂肪分解,使血浆中游离脂肪酸含量升高。饥饿时胰岛素分泌减少,生长激素分泌增多,于是血中葡萄糖利用减少而脂肪利用增多,因此血浆中葡萄糖及游离脂肪酸含量上升。但是,由于GH为生物大分子,不能直接透过细胞膜,必须经过与靶细胞表面的GHR结合,由GHR介导通过不同的途径将信号传到细胞内,从而产生一系列的生理效应。因此,组织中GHR含量多少、功能正常与否都影响GH生理效应,影响到动物的生长发育和相关性状。

GHR普遍分布于生物体各种组织中,尤其大量存在于肝脏和脂肪细胞中,有报道淋巴细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、软骨细胞、β-胰岛素细胞和造骨细胞中也存在GHR。GHR是由单一基因编码的,大约含有620个氨基酸的单链跨膜糖蛋白,其胞外区、跨膜区及胞内区分别由约246个、24个、350个氨基酸残基所组成,不同物种的氨基酸确切数目稍有不同。

多数动物的GHR分子量在100~130kDa之间。bGHR基因被定位于20号染色体,由10个外显子和9个内含子组成。GHR基因的一个重要特性是在许多物种中具有3个以上可供选择的第1外显子,所以存在几个不同的5′-UTR,它们选择性地参与转录是导致GHR分子多态性的重要原因之一。在胞外区,GHR有5个保守的糖基化位点,是与配体结合的部位。在胞外区特定的位置上有7个半胱氨酸残基,其中有6个形成二硫键,起着维持GHR胞外区段特定空间结构的作用;在胞外区近细胞膜的位置上有一WSX WS(X为任意氨基酸)样序列( WSXWS-like motif),即由Try-Gly-Glu-Phe-Ser 5个氨基酸组成的保守序列,它可能在GH与GHR的结合过程中起关键作用。在胞内区,发现了2段保守序列,其中靠近细胞膜的序列框1(Box1)编码8个氨基酸残基,以脯氨酸残基为主,是GHR与酪氨酸激酶JAK2结合的1个位点;序列框2(Box2)则编码15个氨基酸残基,距Box1 30个氨基酸残基。如果这2段保守序列编码的某一个氨基酸残基发生突变,GH将失去促进生长的作用,这表明Box1、Box2在GHR介导的信号转导过程中起着关键的作用。

2GHR基因多态性国外研究进展

Falaki等(1996)[2]报道,在编码牛GHR基因细胞内部C端的DNA序列中发现了9个RFLP-Taq1基因型,并且该位点的多态性与意大利荷斯坦牛的乳蛋白百分含量相关。Moisio等(1998)[3]从牛GHR基因cDNA3′侧翼区选择了1条303bp的片段(30bp的编码区和273bp的非编码区)进行PCR扩增,发现GHR基因的侧翼区有311bp、320bp、325bp等3种长度的变异和1个碱基替代多态性。Aggrey等(1999)[4]在牛GHR基因的P1启动区内发现了3个限制性片段长度多态性(RFLPs),分别被限制性内切酶AluI、Accl和Stul所识别,其中在含Alu标记的个体中,AluI(-/-)具有更好的肥育育种值(P

Blott等(2003)[10]报道在黑白花奶牛(Holstein-Friesian)牛群中GHR基因部分编码区和内含子内发现了7个SNPs,其中,第8外显子出现T/A替代,导致了受体跨膜区F297Y氨基酸的替换,从而影响了牛的产奶性状,产奶量显著增加,乳蛋白率和乳脂率显著降低,并且屠体重有所下降。Maj等(2005)[11]采用RFLP对牛GHR基因5′端进行了多态性分析,用Fnu4HI/Tsel 和Sau96I酶切后发现了2个单核苷酸多态,一个位于Q1启动子下游的LINE-1反转录转座子内(-1 104bp),另一个位于P1启动子内(-262bp),两处都发生了C/T替代,经研究发现,Sau96I基因型与LINE-1的插入或缺失有绝对的关系。Distasio等(2005)[12]研究了GHR基因的第10外显子257bp处的单核苷酸多态与14个产肉性状和4个肉质性状的关系,发现GHR基因型对肉品质有不利影响。Maj等(2006)[13]也研究了5′-UTR的4个SNPs与波兰黑白花牛产肉性能的相关性,进行了单个和合并基因型的分析,结果发现,单个基因型对生产性状没有影响,不过RFLP-Alul(-/-)基因型具有较高的屠体重和瘦肉率,RFLP-Nsil(+/+)基因型具有较好的屠体参数,采用合并基因型分析发现其多态性对饲料利用率、屠体重影响很大,且差异显著。

3GHR基因多态性国内研究进展

高雪等(2005)[14]在对南阳牛、中国西门塔尔牛的研究中,利用聚合酶链式反应-单链构象多态性(PCR-SSCB)和PCR-RFLP技术研究了GHR基因的第8外显子、第9外显子、5′端、第3外显子的遗传变异,没有发现PCR-SSCP多态及Hae Ⅲ、Hind Ⅲ、PstⅠ、SpeⅠ、MspⅠ、RsaⅠ酶切多态。秦巧梅等(2007)[15]在对南阳牛、利木赞牛、盖洛威牛的研究中,对GHR基因的第10外显子部分序列进行单核苷酸多态性研究,结果表明在这3个品种中存在6种基因型(AA、BB、CC、AB、AC、BC),χ2检验表明该试验群体在这一位点上处于Hardy-Weinberg平衡状态(P>0.05)。赵高峰等(2007)[16]利用PCR-SSCP技术研究秦川牛GHR基因第10外显子多态性,所研究的秦川牛群体GHR基因该座位存在多态性,发现了A、B、C等3个等位基因,其基因频率依次为0.595 6、0.290 5、0.114 0,并且群体处于Hardy-Weinberg平衡状态。

4结语

综上所述,GHR基因对牛的肉用、乳用性状均存在显著影响。随着分子生物学技术的不断进步,GHR基因的多态性研究取得了长足进展,然而,由于样本数量、试验条件的限制,我国有关GHR基因多态性的研究远远滞后于国际水平。GHR基因作为重要的候选基因,今后应加强对其多态性及其与生产性状的相关性的进一步研究。

5参考文献

[1] 周国利,李桢,金海国,等.几种候选基因在牛育种中的研究进展[J].安徽农业科学,2006,34(1):49-50.

[2] FALAKI M,GENGLER N,SNEYERS M,et al.Relationships of poly morphisms for growth hormone and growth hormone receptor genes with milk production traits for Italian Holstein-Friesian bulls[J].Dairy Sci,1996,79(8):1446-1453.

[3] MOISIO S,ELO K,KANTANEN J,et al J.Polymorphism within the 3′flanking region of the bovine growth hormone receptor gene[J].Anim Genet,1998,29(1):5557.

[4] AGGREY S E,YAO J,SABOUR M P,et al.Markers within the regula-tory region of the growth hormone receptor gene and their association with milk related traits in Holsteins[J].J.Hered,1999,90(1):148-151.

[5] LUCY M C,BOYD C K,KOENIGSFELD A T,et al.Expression of somatotropin receptor messenger ribonucleic acid in bovine tissues[J].Journal of Dairy Science,1998,81(7):1889-1895.

[6] HALE C S,HERRING W O,SHIBUYA H,et al.Decrease growth in Angus steers with a short TG-microsatelliteallele in the P1 promoter of the growth hormone receptor gene[J].Journal of Animal Science,2000(78):2099-2104.

[7] CURL R A,OLIVEIRA H N,SqILVEIRA A C,et a1.Effects of polymo- rphism microsattellites in the regulatory region of IGF1 and GHR on growth and carcass traits in beef cattle[J].Animal Genetics,2005,36(1):58-62.

[8] LUCY M C,JOHNSSON G S,SHIBUYA H,et al.Rapid communic ation:polymorphic(GT)n microsatellite in the bovine somatotropine rec-eptor gene promoter[J].Anim.Sci,1998,76(8):2209-2210.

[9] GE W,DAVI S M E,HINES H C,et al.Rapid communication:single nu- cleotide polymorphisms detected in exon 10 of the bovine growth horm- one receptor gene[J].Journal of Animal Science,2000,78(8):2229-2230.

[10] BLOTT S,KIM J,MOISIO S,et al.Molecular dissection of a quantitat ive trait locus:a phenylalanine-to-tyrosine substitution in the transmem- brane domain of the bovine growth hormone receptor is associated with a major effect on milk yield and composition[J].Genetics,2003(163):253-266.

[11] MAJ A,PAREEKCS,KLAVILNSKA M,et al.Polymorphism of 5′-reg- ion of the bovine growth hormone receptor gene[J]. J Anim Breed Genet,2005,12(6):414-417.

[12] DI STASIO L,DESTEFANIS G,BRUGIAPAGLI A,et al.Polymorphism of the GHR gene in cattle and relationship with meat production and quality[J].Animal Genetics,2005,36(2):138-140.

[13] ANDREJ MAJ,JOANTA OPRZAEK,EDWARD DYRNHICLD,et al.Association of the polymorphism in the 5′-noncoding region of the bovine growth hormone receptor gene with meat production traits in Polish Black-white cattle[J].Meat Science,2006,72(3):539-544.

[14] 高雪,许尚忠,张英汉.牛生长激素受体基因遗传变异研究[J].中国农学通报,2005,21(8):10-12.

[15] 秦巧梅,许尚忠,高雪.牛生长激素受体基因多态性与体尺、体重指标的相关性分析[J].遗传,2007,29(2):190-194.

[16] 赵高峰,陈宏,雷初朝,等.秦川牛GHR基因SNPs及其与生长性能关系的研究[J].遗传,2007,29(3):319-323.