牛Leptin基因多態(tài)性與肉品質(zhì)相關(guān)性研究進(jìn)展

薩吉代姆·麥麥提 李娜 周振勇 李紅波 張金山 張楊

摘要 Leptin是白色脂肪組織分泌的激素，在脂肪代謝與能量代謝過程中起重要作用以及影響肉牛生長性能，胴體性狀及肉品質(zhì)的候選基因。本文就Leptin基因的發(fā)現(xiàn)、基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與生物學(xué)功能、基因多態(tài)性與肉品質(zhì)相關(guān)性研究情況做了簡要概述，旨在為探討牛肉品質(zhì)相關(guān)基因的研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 Leptin基因；基因多態(tài)性；肉品質(zhì)

中圖分類號 S813.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）06-0238-02

1 Leptin基因的發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)中葉，有些學(xué)者開始探索導(dǎo)致肥胖的原因[1]，在1953年Kennedy就推測脂肪組織可能產(chǎn)生一種調(diào)節(jié)體重的激素，在1958年Horvey通過實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)激素是下丘腦下發(fā)揮作用。到了1969年美國學(xué)者Coleman利用異常肥胖突變小鼠（ob 小鼠）和又肥胖又帶糖尿病的的小鼠（db小鼠）上面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)解釋了調(diào)節(jié)體重的這個(gè)物質(zhì)。此基因編碼的蛋白質(zhì)注射在ob肥胖小鼠后發(fā)現(xiàn)它可以改變其外表，從此該蛋白質(zhì)被稱為瘦素（Leptin），它又被稱為苗條蛋白，抗肥胖因子等等。1991年Friedman等提出了包括Leptin的5種可致肥胖的單基因突變，為瘦素的分子生物學(xué)研究打下了基礎(chǔ)；1994年 Zhang等[2]成功克隆小鼠的Ob基因以來，在鼠、人和其他動(dòng)物進(jìn)行大量研究；到了2010年科學(xué)家研究證明了Leptin的調(diào)節(jié)食欲和體重的作用。

2 Leptin基因的結(jié)構(gòu)及其多態(tài)性

牛Leptin基因全長大約18.9 kb，包含3個(gè)外顯子、2個(gè)內(nèi)含子，有長約3 kb的啟動(dòng)子序列，第一外顯子（片段長度34 bp）和第一內(nèi)含子處于5′非翻譯區(qū)，編碼區(qū)位于外顯子2和3，外顯子全長4 240 bp，第一和第二內(nèi)含子的大小約為14 kb和1.7 kb。第三外顯子包含編碼區(qū)（編碼118或119氨基酸）和3′非翻譯區(qū)，是一個(gè)非常保守的基因結(jié)構(gòu)[3-4]。mRNA長度為2 930 bp，通過和其他哺乳動(dòng)物（人、豬、小鼠、羊、山羊）的基因序列比較，結(jié)構(gòu)基本相同。小鼠Leptin基因與人、羊、牛、牦牛、猩猩、恒河猴、大鼠、豬、雞和北京鴨等均有同源性。在氨基酸水平，大鼠和小鼠Leptin之間有96%的同源性，人與大鼠、小鼠Leptin具有84%的同源性。Stone等將該基因定位在牛的第4號染色體[5]，Pfister-Genskow等又將其確定在距離BTA4 101 cM處[6]。Friedman等小鼠位于第6號染色體上，Isse等克隆了人類Leptin基因，其定位于第7號染色體[7]，Sasaki等豬位于18號染色體[8]。大量文獻(xiàn)報(bào)道牛Leptin基因也存在非常豐富的 SNP 位點(diǎn)，目前NCBI上公布了125個(gè)SNPs位點(diǎn)。Konfortov等對22頭牛長度為1 788 bp的基因片斷進(jìn)行檢測并測序找到了20個(gè)SNPs，其中有6個(gè)SNPs在外顯子上[9]。Yoon等以24頭韓國牛為研究對象，在對包括Leptin基因外顯子和約1 kb的啟動(dòng)子區(qū)域的片段測序后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)57個(gè)突變[10]。Liefers等測定了613頭奶牛的Leptin的啟動(dòng)子區(qū)域，共發(fā)現(xiàn)14個(gè)多態(tài)位點(diǎn)[11]并報(bào)道了Leptin基因多態(tài)與肉牛的胴體成分和奶牛的產(chǎn)奶量高度相關(guān)[12]。到目前為止，Bernard 等檢測了牛內(nèi)含子1的部分突變（如：103位點(diǎn)，T/C；126 位點(diǎn)，C/G；143位點(diǎn)，C/T）（EMBL，AJ236854）[13]。

3 Leptin的生物學(xué)作用

Leptin是分子量為16 KDa的主要在脂肪細(xì)胞的蛋白質(zhì)類激素，由167個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，且含有一個(gè)由21個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的信號肽序列，是球形分子，以單體形式存在于血漿中[14]。血漿中有80%左右的Leptin與蛋白質(zhì)結(jié)合，只有游離的Leptin才起生物作用[15]。Leptin是由ob（肥胖）編碼的基因參與調(diào)節(jié)食欲，基礎(chǔ)代謝和胴體脂肪重量。隨著老鼠、牛、豬和羊血漿瘦素濃度的增加脂肪沉積和食欲下降并增加基礎(chǔ)代謝水平。因此，瘦素在維持體重方面具有重要作用。外源性的Leptin顯著降低老鼠、雞、豬和綿羊采食量和體重[16]。Leptin作為肥胖信號以負(fù)反饋環(huán)方式來通知大腦并且在內(nèi)分泌、血管生成、免疫功能、繁殖、骨形成、飼料轉(zhuǎn)化率、生長發(fā)育及各種生理功能中也起到重要的作用[17-18]。Tartaglia等克隆了小鼠OB-R的cDNA[19]。Leptin受體基因位于4號染色體上，全長約5.1 kb，編碼1 162個(gè)氨基酸，屬于細(xì)胞因子受體家族。OB-R由胞外區(qū)，跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)3個(gè)部分組成。OB-R的主要生理功能是與Leptin結(jié)合，使Leptin發(fā)揮調(diào)節(jié)體內(nèi)的能量平衡，脂肪貯存等生理作用，參與Leptin的自分泌調(diào)節(jié)，并參與Leptin調(diào)節(jié)能量平衡以外的其他方面的作用（如代謝、生殖、造血等）。

4 Leptin基因多態(tài)性與肉品質(zhì)相關(guān)性研究

Leptin是哺乳動(dòng)物中一種高度保守的細(xì)胞因子樣激素。在牛身上Leptin基因多態(tài)性高度引起科學(xué)家的關(guān)注并在日增重、采食量、奶牛產(chǎn)奶量、生長性狀、胴體性狀、肉品質(zhì)、生育性狀和繁殖性狀有著重要影響，并且在不同的牛群中該基因的多態(tài)性也存在差異。

Schenkel .F.S等對小母牛、公牛等雜交牛的Leptin基因5個(gè)SNP的基因分型并進(jìn)行胴體性狀與肉品質(zhì)相關(guān)性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2個(gè)外顯子2與脂肪、瘦肉產(chǎn)量、脂肪等級（E2JW，P<0.01；E2FB，P<0.05）及肉嫩度（P<0.01）相關(guān)[20]。Lagonigro等對12月齡荷斯坦與夏洛來雜交2代公犢牛進(jìn)行了研究，提出該位點(diǎn)的多態(tài)性對采食量有顯著影響，AT基因型個(gè)體平均采食量高于AA基因型，但是對肌內(nèi)脂肪、皮下脂肪、背膘厚、大理石紋等與胴體性狀沒有顯著作用[21]。姜長生以新疆褐牛為試驗(yàn)對象對這2個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示E2JW位點(diǎn)與肌內(nèi)脂肪含量和剪切力相關(guān)[22]。劉自增等報(bào)道，Leptin基因在第2、3外顯子上存在7個(gè)SNPs位點(diǎn)，LEP 3257對總脂含量有一定的貢獻(xiàn)[23]。Jing Tian等檢測中國西門塔爾雜交牛Leptin基因編碼區(qū)2個(gè)單核苷酸多態(tài)性（e2-169 T>C和e3-299 T >）與胴體和肉品質(zhì)性狀相關(guān)性研究。結(jié)果表明e2-169 T>C（C57R）的CC或CT基因與背膘厚度、MCS、FCS、肌內(nèi)脂肪含量和多不飽和脂肪酸含量（P<0.05）具有相關(guān)。e3-299>（S100T）與胴體性、屠宰率、QIB和脂肪酸含量顯著相關(guān)（P < 0.05）[24]。李 嬌等以中國西門塔爾公牛為研究對象檢測E2FB的多態(tài)性，并與經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析表明：在試驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)E2FB位點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)性狀有顯著相關(guān)（P>0.05）并UASMS2位點(diǎn)對平均日增重和剪切力有顯著影響（P<0.05）[25]。E2FB位點(diǎn)的多態(tài)性Buchanan等肉用公牛與脂肪級別和平均脂肪含量有顯著影響（P=0.023，P=0.013），但和大理石紋相關(guān)性不顯著[26]；Thiago等對安格斯×內(nèi)洛爾和紅安格斯公牛，奶牛紅安格斯公牛等雜種牛與該位點(diǎn)（AY138588.1：c.305C>T）跟脂肪厚度和剪切力有相關(guān)[27]，可Crews等報(bào)道發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)對胴體性狀包括背膘厚、大理石紋、胴體重、眼肌面積等無顯著影響[28]。L.F.B. Pinto等分析內(nèi)洛爾公牛身上Leptin基因的單核苷酸多態(tài)性與肉色，分別于7、14、21 d后分割排酸的蒸煮損失率并觀察發(fā)現(xiàn)E2FB中的TT基因型雖然是低頻率，但與7 d后成熟肉的蒸煮損失率相關(guān)[29]。Nkrumah等研究顯示，在胴體級別和瘦肉率上攜帶T等位基因的個(gè)體低于攜帶C等位基因的個(gè)體，但在大理石紋等級上沒有差異[30]。Nkrumah等對UASMS2位點(diǎn)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：TT基因型個(gè)體背膘厚、大理石花紋評分分別增加31%～39%、9%～13%，TT基因型個(gè)體飼料攝入量、生長率、代謝體重和屠宰體重也都有增加。此外，UASMS1、UASMS2、UASMS3可能與肌肉脂肪含量有關(guān)[31]。Chung E.R等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)了25個(gè)SNPs，其中g(shù).2 418 C>G和g.2 423 G>A與韓國牛的背膘厚顯著相關(guān)；在2418位點(diǎn)，CG基因型比GG基因型有更高的背膘厚；在2423位點(diǎn)，GA基因型比GG、AA基因型有更高的背膘厚[32]。P.M. Corva等對放牧公牛Leptin基因的啟動(dòng)子區(qū)域（SNP1）與非同義單核苷酸多態(tài)性（SNP2）研究顯示SNP1與眼肌面積并SNP2與屠宰率與背膘厚顯著相關(guān)[33]。Buchanan等研究報(bào)道，在內(nèi)含子2上，Buchanan等研究報(bào)道Leptin基因發(fā)現(xiàn)C73T的突變不僅與肉牛脂肪沉積相關(guān)，在加拿大荷斯坦奶牛產(chǎn)奶量和乳脂量也有顯著影響[34]。D.B.S. Silva等對Leptin基因進(jìn)行多態(tài)性檢測并進(jìn)行在內(nèi)洛爾牛的生長與胴體性狀的相關(guān)性研究。這單核苷酸多態(tài)性（SNPs）-1457（AJ571671：G-1457A>G）和A59V（AF536174.1：例321C>T）及微衛(wèi)星BM1500（3.9KB下游）進(jìn)行基因分型并發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)子區(qū)SNP-1457沒有相關(guān)性，SNP A59V臀部脂肪厚度及肉色具有相關(guān)性，BM1500跟臀部脂肪厚度（宰前）、皮下脂肪厚度、體重、胴體長具有相關(guān)[35]；還有H.Kulig等研究Leptin 基因A59V突變可顯著影響利木贊牛第 210天體重和3～210 d日增重[36]。kononoff等對雜交母牛和雜交肉牛的經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行分析，結(jié)果表明Leptin基因C73T的轉(zhuǎn)換與成熟牛胴體脂肪沉積增多有關(guān)。TT基因型個(gè)體質(zhì)量等級高于CT和CC基因型個(gè)體分別7.6%和7.1%；但胴體級別分別比CT、CC的少12.5%、15.1%，CC基因型個(gè)體平均屠宰體重要大于TT型個(gè)體（365.5 vs 362.3 kg），但TT和CT個(gè)體間屠宰體重沒有顯著差異[37]。以上研究結(jié)果顯示不同牛品種Leptin基因與肉品質(zhì)具有不一樣的相關(guān)性，可以說Leptin基因可以作為肉品質(zhì)性狀的候選基因。

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