家畜精液質(zhì)量相關(guān)生物標(biāo)記的研究進展

甄林青，王立蕊，付杰麗，李玉華，李新紅

(上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海市重點獸醫(yī)實驗室，上海 200240)

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家畜精液質(zhì)量相關(guān)生物標(biāo)記的研究進展

甄林青，王立蕊，付杰麗，李玉華，李新紅*

(上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海市重點獸醫(yī)實驗室，上海 200240)

摘要：精液質(zhì)量評估是預(yù)測家畜繁殖能力的主要手段，而精液中相關(guān)生物標(biāo)記蛋白是決定受精潛能的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著蛋白質(zhì)組分析技術(shù)的逐步發(fā)展，發(fā)現(xiàn)家畜精子中與繁殖力相關(guān)聯(lián)的生物標(biāo)記，直接或間接影響受孕率及產(chǎn)仔數(shù)。這些標(biāo)記蛋白的發(fā)現(xiàn)與鑒定，使得通過定向育種來提高繁殖性能成為可能，同時為評估公畜不同亞種之間的繁殖差異性提供理論依據(jù)。本文對近期公畜繁殖能力相關(guān)的精子生物標(biāo)記蛋白的研究進展進行綜述。

關(guān)鍵詞：家畜；精子；蛋白質(zhì)組學(xué)；生物標(biāo)記；繁殖

家畜精子從精母細胞分化為成熟精子，到與卵細胞結(jié)合過程中要經(jīng)歷一系列復(fù)雜生理生化過程，才能保證精子成功受精。人工授精技術(shù)在家畜動物繁殖生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，精液質(zhì)量檢測成為家畜動物繁育的重點。傳統(tǒng)精液質(zhì)量檢測主要包括精子形態(tài)學(xué)、運動能力等宏觀指標(biāo)，而這些指標(biāo)并不能精確反映精子受精能力及受精后的胚胎發(fā)育能力[1]。多年來，受孕率[2]及產(chǎn)仔數(shù)[3-4]等由多基因調(diào)控的數(shù)量性狀相關(guān)遺傳學(xué)研究備受關(guān)注，研究重點主要集中在母畜受胎率及產(chǎn)仔數(shù)等繁殖性狀。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)的成熟，定量蛋白質(zhì)組學(xué)得到長足發(fā)展，這些技術(shù)為揭示家畜動物精子發(fā)生機制、篩選影響精子受精能力關(guān)鍵蛋白、預(yù)測家畜繁殖能力提供了理論依據(jù)，使得高效的種公畜預(yù)測及篩選體系成為可能。近年來，相繼報道證實家畜動物精子中含有多種直接影響受精率及產(chǎn)仔數(shù)的繁殖相關(guān)生物標(biāo)記蛋白[5-7]，這些標(biāo)記蛋白直接影響產(chǎn)仔數(shù)，為探索繁殖性狀調(diào)控機制以及遺傳學(xué)相關(guān)研究開啟新的研究領(lǐng)域。家畜動物精子中繁殖相關(guān)標(biāo)記蛋白主要包括精子結(jié)構(gòu)蛋白、能量相關(guān)蛋白、運動相關(guān)蛋白、獲能調(diào)控蛋白、精卵結(jié)合相關(guān)蛋白等[8]。本文以IPA數(shù)據(jù)庫中繁殖關(guān)聯(lián)蛋白為基礎(chǔ)，結(jié)合特定蛋白發(fā)掘鑒定技術(shù)方法，對家畜動物繁殖相關(guān)生物標(biāo)記蛋白的最新研究進展進行闡述，以期為開發(fā)雄性家畜繁殖力預(yù)測及診斷的新方法，準(zhǔn)確評估重要經(jīng)濟家畜種類的繁殖性能，對快速提高后代產(chǎn)仔數(shù)及繁殖性狀提供新思路。

1精子蛋白

對哺乳類動物精子(人、牛、馬、豬、羊等)進行蛋白質(zhì)組研究，發(fā)現(xiàn)存在繁殖相關(guān)蛋白。這些蛋白多為鞭毛結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白、能量相關(guān)蛋白、功能相關(guān)蛋白(如精子運動、獲能、精卵融合相關(guān)蛋白)[9-11]。同樣，利用蛋白質(zhì)二維電泳鑒定技術(shù)及生物信息學(xué)分析研究發(fā)現(xiàn)，家畜動物精子中存在與產(chǎn)仔數(shù)直接相關(guān)的生物標(biāo)記蛋白，這些蛋白亦包括結(jié)構(gòu)、能量及功能相關(guān)蛋白[12]。

1.1精子運動及結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白

最早研究精子繁殖關(guān)聯(lián)蛋白時，常用基因敲除的技術(shù)方法。通過敲除某些基因后，檢測精子的運動能力及受精能力，從而證實精子中結(jié)構(gòu)蛋白以及肌動蛋白的組成直接影響精子運動能力。例如研究發(fā)現(xiàn)，外周致密度蛋白(Outer dense fiber protein，ODF)ODF2+/-型小鼠其精子鞭毛發(fā)育有嚴(yán)重缺陷且表現(xiàn)為不育[5]。而豬、牛、馬家畜動物精子中ODF作為鞭毛腳架蛋白主要構(gòu)成成分，對精子分化有重要作用，并與精子運動能力呈正相關(guān)[9-10，13]。X.Chen等[10]比較豬的鮮精及凍融后精子的蛋白質(zhì)組發(fā)現(xiàn)，ODFs、微管蛋白及軸絲排列無序并發(fā)生形態(tài)改變。與基因敲除技術(shù)相比較，A.Swegen等[13]運用生物信息學(xué)方法研究證實，馬精子中ODF2與精子繁殖能力呈正相關(guān)。同樣Y.L.Huang等[9]以運動能力不同的水牛精子為試驗材料證實，ODF2表達量與精子運動能力呈正相關(guān)，在強運動能力精子中高表達，預(yù)示著家畜精子中ODF2可作為繁殖相關(guān)性標(biāo)記蛋白。與ODF2相類似，蛋白激酶A錨定蛋白4(A-kinase anchor protein 4，AKAP4)作為纖維鞘的主要蛋白成分，僅在精子細胞中表達，該蛋白可特異性結(jié)合蛋白激酶A(Protein kinase-A，PKA)將其錨定于纖維鞘，調(diào)節(jié)精子鞭毛主段蛋白磷酸化，通過cAMP/PKA信號通路調(diào)節(jié)精子獲能及超激活運動。J.M.Teijeiro等[6]認為AKAP4參與豬精子纖維鞘的形成，直接參與豬精子頂體反應(yīng)。AKAP4基因敲除后，小鼠精子鞭毛較短且不能形成纖維鞘，導(dǎo)致精子運動能力缺失[14]。由此提示AKAP4蛋白活性與精子的運動能力呈正相關(guān)，直接影響家畜的受精率。此外，ODF等結(jié)構(gòu)蛋白以及AKAP4等激酶蛋白的磷酸化修飾直接影響精子的活力及受精率[15]。

在哺乳動物中，精子相關(guān)抗原6蛋白(Sperm-associated antigen 6，SPAG6)主要集中在軸絲中心粒上，通過中心體調(diào)節(jié)纖毛和鞭毛的運動能力，在纖毛的形成、軸絲的方向以及細胞極性中也起到重要作用[16]。在精子中SPAG6位于精子鞭毛上，對精子鞭毛的運動至關(guān)重要，它可能作為骨架蛋白來維持精子鞭毛結(jié)構(gòu)的完整性。缺少SPAG6的雄鼠表現(xiàn)為不育，其精子有明顯的運動障礙、精子鞭毛結(jié)構(gòu)紊亂[17]。A.Swegen等[13]利用生物信息學(xué)方法對馬精子SPAG6進行GO分析，發(fā)現(xiàn)該蛋白參與抗精子免疫不育過程，并可作為避孕疫苗的靶蛋白。因此，SPAG6亦可作為預(yù)測精子繁殖能力的生物標(biāo)記蛋白。本實驗室利用iTARQ標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)定量比較梅山豬與杜洛克豬精子蛋白質(zhì)組成差異發(fā)現(xiàn)，兩個品種精子SPAG6存在較大差異性(數(shù)據(jù)尚未發(fā)表)，預(yù)示兩種豬精子的繁殖生物學(xué)特性存在一定差異性。另外，存在于家畜動物精子鞭毛主段的CatSper離子通道蛋白，其活性與精卵融合及受精作用呈正相關(guān)性[18-19]。運用基因敲除技術(shù)以及生物信息學(xué)方法能夠快速發(fā)掘精子中與受精相關(guān)的蛋白，但在產(chǎn)仔數(shù)相關(guān)性方面沒有直接的證據(jù)，尚需要進一步驗證。

1.2能量代謝相關(guān)蛋白

1.2.1葡萄糖代謝途徑在哺乳動物精子中，多種直接參與精子代謝并調(diào)控ATP合成的酶類，被證實是家畜動物繁殖相關(guān)生物標(biāo)記蛋白。如位于精子鞭毛主段的筒狀纖維上的S-甘油醛-3-磷酸脫氫酶(S-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，GAPDHS)是糖酵解和糖異生代謝途徑產(chǎn)生的特異性酶，催化甘油醛-3-磷酸形成甘油酸-1，3-二磷酸，進而生成產(chǎn)生與精子運動所需ATP，且雄鼠GAPDHS基因敲除后會產(chǎn)生非運動型精子[20]。磷酸丙糖異構(gòu)酶(Triosephosphate isomerase，TPI)作為糖酵解過程的關(guān)鍵酶，直接參與精子獲能及頂體反應(yīng)過程。研究證實弱精癥精子及耐凍能力較差的精子中TPI含量要明顯高于正常精子[21-22]，低產(chǎn)仔數(shù)的豬精子中TPI表達量較高，可能是高濃度TPI會過早誘發(fā)精子獲能反應(yīng)，從而降低精子受精能力。因此TPI可作為家畜動物繁殖相關(guān)性生物標(biāo)記蛋白[7]。在糖酵解過程中，烯醇酶(Alpha-enolase-like，ENO1)催化2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸，調(diào)控ATP合成，且ENO1活性直接影響ATP的生成量。成熟精子尾部糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，直接由ENO1運送到線粒體內(nèi)并參與三羧酸循環(huán)能量代謝過程[23]。A.A Moura等[24]在牛精清蛋白中也鑒定到ENO1，并推測與精子繁殖能力呈正相關(guān)，可能參與細胞膜重塑、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運、精子保護、避免精子過早發(fā)生頂體反應(yīng)等生物過程。乳酸脫氫酶(L-lactate dehydrogenase C chain，LDHC)僅存在于成熟睪丸和成熟精子細胞中，無論是LDHC活性，還是其自身含量均與家畜動物精子超激活運動、蛋白磷酸化以及穿過透明帶等繁殖能力呈正相關(guān)[25]。當(dāng)缺少LDHC時，細胞糖代謝受阻導(dǎo)致ATP生成量減少[26]。F.Odet等[27]進一步研究證實LDHC缺失導(dǎo)致精子細胞糖代謝水平明顯降低，ATP生成量及精子活力明顯降低。LDHC對維持精子鞭毛糖代謝及ATP的生成起到關(guān)鍵作用，對雄性繁殖能力及精子功能有重要影響。此外，馬精子蛋白生物信息學(xué)分析結(jié)果顯示，該蛋白被證實與抗精子免疫不孕密切相關(guān)[13]。因此，LDHC為特殊性家畜動物精子繁殖相關(guān)生物標(biāo)記蛋白。

1.2.2氧化磷酸化代謝途徑維持哺乳動物精子運動及其他生理過程的能量除糖代謝生成的ATP外，主要來自于線粒體的氧化磷酸化，此過程需要相應(yīng)的酶輔助完成。近年研究證實，3種氧化磷酸化代謝輔助酶具有繁殖相關(guān)生物標(biāo)記特性，其中兩種與家畜動物繁殖率呈正相關(guān)性，一種具有負相關(guān)性。ATP合成酶α亞基(ATP synthase subunit F，ATP5A1)是位于線粒體外膜的一種關(guān)鍵酶，通過呼吸電子傳遞鏈催化ADP形成ATP，是與家畜動物繁殖效率呈正相關(guān)的生物標(biāo)記蛋白。Y.L.Huang 等[9]研究表明，運動能力較強的水牛精子中ATP5A1表達量明顯高于低運動能力精子。蘋果酸脫氫酶(Malate dehydrogenase，MDH)是細胞呼吸作用的關(guān)鍵蛋白，在線粒體內(nèi)的轉(zhuǎn)運是草酰乙酸回補反應(yīng)的主要途徑之一，對細胞能量代謝有重要作用。在羊、豬、水牛等哺乳動物精子中，MDH僅位于鞭毛中段。且在冷凍牛精子中，MDH有利于精子的獲能和頂體反應(yīng)[28]。與基因敲除以及生物信息學(xué)方法不同，W.S.Kwon等[7]利用二維電泳技術(shù)，對產(chǎn)仔數(shù)有差異的豬精子蛋白進行質(zhì)譜鑒定分析及ELLSA驗證發(fā)現(xiàn)，MDH2在高產(chǎn)仔數(shù)精子中表達量較高，與精子產(chǎn)仔數(shù)呈正相關(guān)。同時報道，NADH脫氫酶-泛醌-硫鐵蛋白2(NADH dehydrogenase-ubiquinone-iron-sulfur protein 2，NDUFS2)在低產(chǎn)仔數(shù)精子中表達量較高，與產(chǎn)仔數(shù)呈負相關(guān)。實際上，NDUFS2參與電子傳遞鏈酶復(fù)合體Ⅰ鐵硫蛋白亞基(IP)的形成，構(gòu)成酶復(fù)合體Ⅰ催化中心，是NADH泛醌氧化還原酶亞基，對豬NDUFS2基因的研究結(jié)果表明，該基因與能量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化功能密切相關(guān)[29]。研究表明，在馬精子中NDUFS2參與精子氧化損傷這一生物過程[13]。因此，對于該蛋白是如何調(diào)控精子繁殖能力仍需深入研究。盡管二維電泳技術(shù)在蛋白鑒定方面存在一定的局限性，極端分子量蛋白以及質(zhì)譜本身均可能致使蛋白遺漏或者出現(xiàn)假陽性，但該研究結(jié)果首次報道了精子蛋白與產(chǎn)仔數(shù)的直接相關(guān)性。

1.3獲能過程中信號通路關(guān)鍵蛋白

1.3.1Ca2+信號通路蛋白哺乳動物精子獲能以及超激活運動均與細胞內(nèi)Ca2+濃度密切相關(guān)，因此Ca2+級聯(lián)信號通路是調(diào)節(jié)精子運動的主要方式。鈣調(diào)蛋白(Calmodulin，CALM)是最常見的一種鈣離子綁定蛋白，是一個多功能中間信號蛋白，通過結(jié)合Ca2+后調(diào)節(jié)多種蛋白間的反應(yīng)。在家畜動物精子細胞中，CALM位于精子頂體及鞭毛部分，對頂體反應(yīng)及精子運動及超激活運動都有至關(guān)重要的作用。A.A.Moura等[24]認為CALM可轉(zhuǎn)運親脂性物質(zhì)，促進細胞膜重塑，以保護牛精子避免過早發(fā)生頂體反應(yīng)。最新研究證實，人工授精后產(chǎn)仔數(shù)不同的豬精子間CALM表達量不同，其含量與產(chǎn)仔數(shù)呈正相關(guān)[7]。此外，CALM蛋白激酶2(Calmodulin kinase 2，CALMK2)也參與精子獲能、頂體反應(yīng)發(fā)生[30]以及精子運動[31]，而CALMK2的活性又與細胞內(nèi)CALM濃度有關(guān)。成熟馬精子中，L型Ca2+壓力通道，主要存在于精子頸部及鞭毛主段，對精子的生理和繁殖有十分重要的作用[32]。CatSper離子通道被激活后，大量Ca2+內(nèi)流使細胞內(nèi)Ca2+濃度升高，從而引發(fā)一系列有序的生理活動，對精子獲能并完成受精作用至關(guān)重要。有研究發(fā)現(xiàn)，Catsper1 mRNAs表達量與精子繁殖能力有關(guān)，如Catsper1 mRNAs在高密度的馬精子細胞中表達量較低，在一定程度上說明精子本身密度與繁殖能力存在相關(guān)性[33]，但其與產(chǎn)仔數(shù)之間的相關(guān)性尚需進一步驗證。

1.3.2PKA信號通路蛋白在許多哺乳動物精子中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)絲氨酸/蘇氨酸磷酸化和酪氨酸磷酸化，其中多數(shù)蛋白底物的酪氨酸磷酸化都與獲能相關(guān)，所以也把蛋白酪氨酸的磷酸化作為精子獲能的標(biāo)志性分子事件。大量研究表明，cAMP/PKA信號通路是調(diào)節(jié)精子蛋白酪氨酸磷酸化最主要的上游信號通路[34]。PKA能夠磷酸化蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基，激活蛋白激酶、抑制蛋白磷酸酶，最終增加酪氨酸磷酸化。盡管cAMP-PKA信號通路相關(guān)蛋白沒有直接證實與家畜動物產(chǎn)仔數(shù)的相關(guān)性，但缺少PKA催化亞基的小鼠精子表現(xiàn)出形態(tài)異常及運動異常等不育特征[35]。此外，精子細胞內(nèi)Ca2+級聯(lián)信號通路與cAMP/PKA信號通路間存在一定關(guān)聯(lián)性，可相互影響[35]。

1.3.3其他參與信號通路調(diào)節(jié)的蛋白在精子細胞中載脂蛋白(Apolipoprotein A-I，APOA1)可以引起膽固醇外流，調(diào)控精子細胞的多個信號通路，從而影響精子超激活運動及精子的獲能。如在牛精子中，APOA1作為高密度脂蛋白的一部分，不僅可以調(diào)節(jié)親脂性物質(zhì)轉(zhuǎn)運，還可促進細胞膜重塑，調(diào)節(jié)精子頂體反應(yīng)的發(fā)生[24]。W.S.Kwon等[36]研究表明，APOA1可能存在于成熟精子中，其活性及含量與繁殖率呈負相關(guān)。另外，睪丸離子通道蛋白(Voltage-dependent anion channel 3，VDAC)是位于線粒體外膜的完整膜蛋白。K.D.Hinsch等[37]研究首次從牛精子中分離出VDAC2，發(fā)現(xiàn)該蛋白參與細胞能量代謝，調(diào)節(jié)牛精子運動能力及繁殖性能，可能是VDAC多肽形成的孔道允許ATP和ADP小分子通過，調(diào)控ATP/ADP的跨膜交換，從而調(diào)節(jié)細胞能量代謝[38]。

1.4頂體反應(yīng)及精卵融合過程中關(guān)鍵蛋白

胞漿5′-核苷酸酶1B亞基(Cytosolic 5′-nucleotidase 1B isoform 2，NT5C1B)位于精子頂體前區(qū)質(zhì)膜外圍纖維殼上，參與頂體反應(yīng)并調(diào)節(jié)精子的運動能力[39]，在精卵結(jié)合過程中起到關(guān)鍵作用。W.S.Kwon等[7]利用二維電泳技術(shù)證實，NT5C1B在豬高產(chǎn)仔數(shù)精子中具有高表達特性，其含量與豬產(chǎn)仔數(shù)呈正相關(guān)，具有明顯繁殖相關(guān)生物標(biāo)記特性。同時發(fā)現(xiàn)豬精子中赤道蛋白(Equatorin，EQTN)含量與產(chǎn)仔數(shù)呈負相關(guān)，即產(chǎn)仔數(shù)較低精子中EQTN表達量較高。前期的研究報道證實，Eqtn基因敲除型小鼠精子雖然有正常的精子形態(tài)和運動能力，但不能完成頂體反應(yīng)和受精作用[40]，盡管利用二維電泳技術(shù)鑒定的差異蛋白可能存在一定的疑問，但是兩種方法鑒定到的結(jié)果具有同一性。在精子獲能過程中，RAB2A蛋白(Ras-related protein，RAB-2A)參與頂體反應(yīng)過程中頂體結(jié)構(gòu)的改變，調(diào)控囊泡運輸和膜融合[11]。同EQTN繁殖相關(guān)性類似，頂體形成相關(guān)蛋白RAB2A在低產(chǎn)仔數(shù)精子中表達量較高，與繁殖能力呈負相關(guān)[7]。另外，受精素(Fertilin)對精子膜蛋白在附睪中成熟起到關(guān)鍵作用，也使得受精素成為精子成熟的分子標(biāo)記之一[41]，但其是否與產(chǎn)仔數(shù)之間存在直接關(guān)聯(lián)性還有待進一步研究。

1.5核蛋白

哺乳動物精子核蛋白繁殖相關(guān)性研究尚未普遍關(guān)注。在精子發(fā)育過程中，精子細胞中的組蛋白逐漸被魚精蛋白替代，魚精蛋白1和魚精蛋白2家族成員(P2、P3和P4)是精子細胞中表達量最多的核蛋白，有利于染色質(zhì)固縮并保持DNA完整性。研究發(fā)現(xiàn)在不育精子中，組蛋白2B表達量過高，而魚精蛋白表達量降低[42]，細胞中DNA碎片增多，從而影響精子受精能力[43]。家畜動物精子與繁殖相關(guān)聯(lián)的核蛋白研究較少，這亦是未來研究的重點方向。

2精清蛋白

家畜動物精清的主要成分是睪丸、副性腺和附睪的分泌物，內(nèi)含多種影響精子繁殖能力精清蛋白。目前研究證實，牛、馬、豬等多種家畜動物部分精清蛋白黏附在精子表面[44]，不僅防止精子受到損傷、維持精子壽命，而且在精子獲能及受精過程中同樣起重要作用[45]。如山羊精清蛋白可刺激精子鞭毛，促進精子運動[46]。而有些蛋白則直接影響家畜動物的受胎率及產(chǎn)仔數(shù)，因此精清蛋白具有繁殖相關(guān)生物標(biāo)記特性。

精子粘附素是一種多功能蛋白，能維持細胞膜的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)精子與輸卵管的相互作用、調(diào)節(jié)精子獲能及精卵融合過程[47]。在豬精液中約有90%以上的蛋白屬于精子粘附素蛋白家族，如AQN-3和AWN屬于ZP-結(jié)合蛋白覆蓋在精子的表面，在調(diào)控豬精子頂體反應(yīng)和精卵識別融合過程中起重要作用。W.S.Kwon等[7]運用蛋白質(zhì)二維電泳技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)AQN-3和AWN兩種黏附素蛋白在低產(chǎn)仔數(shù)的豬精子中含量較高，證實AQN-3 和 AWN兩種蛋白與豬產(chǎn)仔數(shù)呈負相關(guān)，其原因可能是高含量的AQN-3和AWN阻礙精子在輸卵管內(nèi)運動，影響豬精子獲能及精卵識別過程。

精清糖蛋白(Major seminal plasma glycoprotein，PSP)如PSP-Ⅰ和PSP-Ⅱ，具有免疫調(diào)節(jié)活性[45]，可延遲精子發(fā)生似獲能變化，對延長精子壽命有重要作用[47]。然而，研究證實該蛋白與豬產(chǎn)仔數(shù)呈負相關(guān)，當(dāng)PSP蛋白含量過多或精子長時間與PSP蛋白接觸可能會降低其繁殖能力[48-49]。其原因可能是PSP-Ⅰ蛋白(22 ku)在精子體外保存過程中會降低精子的運動能力及穿卵能力。而骨橋素(Osteopontin，OPN)蛋白是與高繁殖能力相關(guān)的精清蛋白，添加OPN可以降低多精入卵率，有利于體外受精后胚胎的發(fā)育[50]。另外，谷胱甘肽過氧化物酶(Epididymal secretory glutathione peroxidase，GPX-5)不僅為精子成熟提供有利環(huán)境[51]，還可以保護精子細胞膜、避免氧化物損傷，對產(chǎn)仔數(shù)和生育指數(shù)有促進作用。正常個體與不育個體精清蛋白質(zhì)中同樣存在差異，這對于揭示不同個體繁殖差異性及繁殖相關(guān)蛋白分子生物標(biāo)記有重要意義。

3總結(jié)與展望

通過發(fā)掘家畜動物精子繁殖關(guān)聯(lián)性生物標(biāo)記蛋白，探討影響家畜動物多產(chǎn)性能的遺傳因素，使利用精子選擇育種來提高繁殖性能成為可能，同時為評估公畜不同亞種之間的繁殖差異性提供理論依據(jù)，對家畜飼養(yǎng)業(yè)發(fā)展起到很大的促進作用。研究顯示，家畜動物精子繁殖力相關(guān)聯(lián)蛋白研究主要集中在運動能力以及受精效率等過程，而受精卵著床率、胚胎發(fā)育以及成活率等發(fā)育環(huán)節(jié)研究較少，缺乏精子與胚胎發(fā)育及成活率具有關(guān)聯(lián)性的蛋白。理論上，受胎率、產(chǎn)仔數(shù)等繁殖數(shù)量性狀是由多種基因調(diào)控，不同基因調(diào)控不同繁殖過程。因此繁殖性能不局限于受精率，還涉及胚胎發(fā)育過程及產(chǎn)后個體的成活率，其中胚胎成活率及發(fā)育過程對于繁殖力的高低極為重要。某些蛋白如何控制繁殖率的機制尚需深入研究，尤其是與產(chǎn)仔數(shù)相關(guān)聯(lián)的蛋白如何影響產(chǎn)仔數(shù)的機理也有待進一步研究。部分家畜動物精子繁殖關(guān)聯(lián)蛋白研究僅局限于影響高繁殖性能的某個環(huán)節(jié)，只有少數(shù)精子單一蛋白來分析繁殖性能的關(guān)聯(lián)性及遺傳機制，此方面亦是未來研究的重點。

另外，蛋白翻譯后修飾是調(diào)控精子細胞生理功能的主要方式，目前精子蛋白翻譯后修飾研究較多的是磷酸化修飾，而對精子全蛋白乙?；揎棥㈢牾；揎椦芯枯^少，尤其是精子組蛋白?；揎?、磷酸化修飾以及甲基化修飾如何調(diào)控精子受精、受精卵分化以及胚胎發(fā)育等多種生物學(xué)過程，家畜動物精子繁殖關(guān)聯(lián)性生物標(biāo)記蛋白的修飾研究亦是未來研究的重點。此外，已有研究報道主要應(yīng)用基因敲除以及蛋白質(zhì)二維電泳技術(shù)方法來分析鑒定某些差異蛋白，結(jié)合生物信息學(xué)來分析預(yù)測某些特定蛋白的功能。然而，上述技術(shù)方法均具有一定的局限性，尤其是二維電泳技術(shù)在試驗操作、極端分子量蛋白以及質(zhì)譜分析鑒定層面均可能產(chǎn)生蛋白鑒定以及蛋白定量偏差，因此，在蛋白定量分析層面尚需進一步完善技術(shù)。隨著定量蛋白質(zhì)組學(xué)以及蛋白修飾組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，二維電泳與標(biāo)記定量蛋白相結(jié)合技術(shù)手段將廣泛應(yīng)用于家畜動物精子繁殖相關(guān)性生物標(biāo)記蛋白以及相關(guān)修飾調(diào)控研究。

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(編輯程金華)

The Research Progress in Semen Quality Related Biomarker in Livestock

ZHEN Lin-qing，WANG Li-rui，F(xiàn)U Jie-li，LI Yu-hua，LI Xin-hong*

(ShanghaiKeyLaboratoryofVeterinaryBiotechnology，SchoolofAgricultureandBiology，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)

Abstract:The evaluation of semen quality was the primary method of predicting livestock fertility ability and the fertility related protein markers in semen were the basic materials to determine the potential of fertilization.With the development of proteomic technology，an increasing number of biological markers related to sperm fertility were found in livestock，which affected both the pregnancy rate and the litter size directly or indirectly.The discovery and identification of these protein biomarkers made it possible to improve reproductive performance through directive breeding，and provided theoretical basis for the prediction of sperm fertility difference between subspecies of sire.The research progress in semen protein biomarkers related to reproduction in male livestock was summarized in this article.

Key words:livestock；sperm；proteomics；biological markers；fertility

doi:10.11843/j.issn.0366-6964.2016.04.002

收稿日期：2015-10-08

基金項目：上海市科技興農(nóng)重點攻關(guān)項目(滬農(nóng)科攻字( 2014 )第7-2-5 號)

作者簡介：甄林青(1991-)，女，河北保定人，碩士生，主要從事動物繁殖生物技術(shù)研究，E-mail：zhenlinqing91@126.com *通信作者：李新紅，副教授，E-mail：lixinhong7172@sjtu.edu.cn

中圖分類號：S82；S814.1

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號:0366-6964(2016)04-0645-07