動(dòng)物繁殖性能的影響因素研究進(jìn)展

賈京荊，王 磊

（石首市動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，湖北 石首 434400）

研究證實(shí)，一切與生殖繁育有關(guān)的現(xiàn)象都受到“下丘腦-垂體-性腺軸”調(diào)控［1］，通過科學(xué)方法尋找影響這一調(diào)控機(jī)制的因素是研究動(dòng)物繁殖性能的重要路徑。隨著遺傳育種學(xué)理論發(fā)展的不斷深入，越來越多影響動(dòng)物遺傳潛力的因素，特別是影響動(dòng)物繁殖性能的因素被揭示。影響因素研究的焦點(diǎn)既包括基礎(chǔ)的遺傳繁殖選育方法、季節(jié)變化對(duì)繁殖的影響，也包括基因?qū)用娴拇呷樗鼗?、甲狀腺基因表達(dá)的調(diào)控，還包括有機(jī)化合物、無機(jī)化合物等的變化以及中草藥物添加劑的應(yīng)用對(duì)動(dòng)物繁殖性能的影響。總結(jié)分析這些影響動(dòng)物繁殖性能的因素，旨在更好地了解動(dòng)物遺傳育種中繁殖方面的潛力，為畜牧業(yè)的健康發(fā)展和優(yōu)質(zhì)遺傳資源的延續(xù)提供理論參考。

1 中國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展情況

2023 年5 月，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)布的《中國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2023》顯示，2021 年中國(guó)畜牧業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)在135 個(gè)國(guó)家中排名第5 位，總體競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)，但仍有不少“卡脖子”的問題亟待解決。中國(guó)蛋禽產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)在108 個(gè)國(guó)家中排名第1 位；生豬、肉羊和肉禽產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)分別在112、108、109 個(gè)國(guó)家中排名第6 位、第5 位和第7 位；肉牛產(chǎn)業(yè)和奶業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)分別在124、132 個(gè)國(guó)家中排名第34 位和第42 位。2021 年中國(guó)生豬和肉雞的出欄率分別為美國(guó)同期水平的86%和35%，料肉比分別是美國(guó)同期水平的1.1 倍和1.3～1.4 倍，生豬生產(chǎn)成本是美國(guó)同期水平的1.7～1.9 倍。報(bào)告顯示，中國(guó)生豬、肉牛、肉羊、奶牛以及肉雞優(yōu)良品種對(duì)外依存度高，其中白羽肉雞自主培育的品種僅占15%。中國(guó)畜牧業(yè)整體呈大而不強(qiáng)的狀態(tài)，畜牧業(yè)的發(fā)展質(zhì)量亟待提高。畜牧業(yè)生產(chǎn)中畜禽遺傳育種對(duì)提高畜禽生產(chǎn)效率的貢獻(xiàn)最高，為40%，飼料為20%，疫病防治為10%，飼養(yǎng)管理水平為20%，其他為10%。提升優(yōu)良品種畜禽的繁殖性能，可迅速擴(kuò)大良種覆蓋率，提高動(dòng)物生產(chǎn)效率，顯著增加經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)中國(guó)畜牧業(yè)遺傳育種板塊以及整體行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展至關(guān)重要。

2 動(dòng)物繁殖性能的影響因素

2.1 動(dòng)物遺傳育種方法

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，分子育種技術(shù)顯示出強(qiáng)大的生命力，逐漸成為動(dòng)物育種的趨勢(shì)和主流，而動(dòng)物分子育種將成為21 世紀(jì)動(dòng)物育種的主要方法?；蚪M選擇是一種標(biāo)記輔助選擇形式，其使用覆蓋整個(gè)基因組的遺傳標(biāo)記，以便所有數(shù)量性狀位點(diǎn)與至少1 個(gè)標(biāo)記處于連鎖不平衡狀態(tài)。基因組選擇提高了育種的效率和準(zhǔn)確性，并廣泛應(yīng)用于許多動(dòng)物物種的純種育種。然而，有研究表明，雜交育種中基因組選擇的準(zhǔn)確性有待提高，特別是在雜交種群中的準(zhǔn)確性。作為養(yǎng)豬業(yè)應(yīng)用廣泛的育種方法，雜交育種具有重要的潛在研究?jī)r(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可以通過與基因組選擇相結(jié)合來進(jìn)一步提高性能［2］。道德育種涉及使用在行為和外表上忠于其物種的健康動(dòng)物，并在適用的情況下表現(xiàn)出可持續(xù)的性能。對(duì)物種∕品種的關(guān)注是育種目標(biāo)的重要組成部分，包括保護(hù)物種∕品種遺傳資源以及個(gè)體動(dòng)物的健康和福利。在開發(fā)新的生產(chǎn)品種或伴侶動(dòng)物時(shí)，往往沒有優(yōu)先考慮道德和福利方面的因素。動(dòng)物育種實(shí)踐正日益成為動(dòng)物福利辯論的一部分。在生產(chǎn)動(dòng)物中，繁殖的重點(diǎn)是性能，即數(shù)量實(shí)體和財(cái)務(wù)收入［3］。使用基因組信息預(yù)測(cè)未來的表型或育種價(jià)值以供選擇的候選者已成為標(biāo)準(zhǔn)，然而大多數(shù)基因組預(yù)測(cè)程序只考慮與多態(tài)性標(biāo)記相關(guān)的加法（或替代）效應(yīng)，考慮非加性遺傳變異模型的實(shí)施可能更有意義，因?yàn)槠淇梢蕴岣哳A(yù)測(cè)能力，同時(shí)可用于定義植物和動(dòng)物育種方案中的配偶分配程序，以及可從雜交育種或純種育種方案中的非加性遺傳變異中受益［4］。提升繁殖性能是研究遺傳育種領(lǐng)域的重要方向，是迅速擴(kuò)大良種覆蓋率、提高動(dòng)物生產(chǎn)效率、顯著增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，對(duì)中國(guó)畜牧業(yè)健康持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

2.2 動(dòng)物季節(jié)性繁殖機(jī)制

棲息在溫帶的生物表現(xiàn)出各種季節(jié)性適應(yīng)行為，包括繁殖、冬眠、蛻皮和遷徙等。光周期是無噪音和廣泛使用的環(huán)境線索，使動(dòng)物能夠預(yù)測(cè)即將到來的季節(jié)并相應(yīng)地調(diào)整自身生理機(jī)能。雖然不太明確，但動(dòng)物的一些人類特征也表現(xiàn)出季節(jié)性，如出生率、情緒、認(rèn)知大腦反應(yīng)和各種疾病［5］。動(dòng)物利用光周期的變化使其生理適應(yīng)即將到來的繁殖季節(jié)，比較研究有助于了解脊椎動(dòng)物季節(jié)性繁殖的機(jī)制。鳥類是研究這些現(xiàn)象的理想模型，因?yàn)樗鼈儗?duì)光周期的變化反應(yīng)迅速。鳥類的深部腦光感受器感知光信息并將其傳遞到垂體中的結(jié)節(jié)部（PT），在那里產(chǎn)生促甲狀腺激素（TSH）。這種PT-TSH 通過誘導(dǎo)基底下丘腦中2 型脫碘酶的產(chǎn)生局部增加生物活性甲狀腺激素T3 的水平，而T3 水平的增加反過來又控制季節(jié)性促性腺激素釋放激素的分泌。在哺乳動(dòng)物中，眼睛是唯一的光感受結(jié)構(gòu)，夜間褪黑激素分泌編碼日長(zhǎng)信息并調(diào)節(jié)PT-TSH 信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)［6］?？傊@些研究揭示了季節(jié)性的光照變化對(duì)動(dòng)物繁殖行為影響過程中激素水平的調(diào)控方式，各激素之間的相互作用機(jī)制及其影響動(dòng)物生理狀態(tài)的機(jī)制還需要更加深入的研究。

2.3 催乳素受體（PRLR）基因

催乳素（PRL）是脊椎動(dòng)物中應(yīng)用比較廣泛的激素，并且在調(diào)節(jié)不同譜系繁殖方面起著關(guān)鍵作用。催乳素（PRL）是由哺乳動(dòng)物的垂體分泌的一種多效神經(jīng)激素，通過機(jī)體血液循環(huán)系統(tǒng)到達(dá)大腦以外的許多組織和器官。PRL 與其受體PRLR 結(jié)合，引起1 個(gè)分子信號(hào)級(jí)聯(lián)，通過這個(gè)系統(tǒng)調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物的相關(guān)行為，促進(jìn)女性生殖組織和器官的明顯改變［7］。生長(zhǎng)激素受體（GHR）和催乳素受體（PRLR）是同源跨膜細(xì)胞因子受體，每個(gè)預(yù)同源二聚體和配體結(jié)合是通過誘導(dǎo)受體同源二聚體內(nèi)的構(gòu)象變化來激活Janus Kinase 2（JAK2）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器和轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT）信號(hào)通路。在人類中，GHR 由生長(zhǎng)激素（GH）激活，而PRLR 由GH 和PRL 激活［8］。夏冬季個(gè)體下丘腦、卵巢和睪丸PRLR表達(dá)水平顯著高于春秋季，夏冬季個(gè)體促卵泡激素（FSH）和促黃體生成素（LH）血清濃度顯著低于春秋季。PRLR基因在下丘腦、卵巢和睪丸中的表達(dá)水平與FSH 和LH 血清濃度呈負(fù)相關(guān)，說明PRLR基因可能負(fù)向調(diào)節(jié)季節(jié)性生殖活動(dòng)。卵巢和睪丸PRLR基因表達(dá)水平顯著高于下丘腦，表明PRLR基因在性腺中的調(diào)節(jié)作用可能明顯高于下丘腦。此外，春、夏、秋、冬季，女性下丘腦和性腺PRLR基因表達(dá)水平顯著高于男性，表明PRLR基因的調(diào)節(jié)作用可能有性別依賴性［9］。哺乳動(dòng)物PRLR 的主要特征包括蛋白質(zhì)細(xì)胞外部分的2 個(gè)二硫化物鍵和1 個(gè)WS 基序，兩者都是正確加工所必需的，但似乎在PRL 配體的結(jié)合中不起作用［10］。研究人員基于生物信息學(xué)預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了circ-CYP24A1 與miR-224 以及miR-224 與PRLR 之間的結(jié)合關(guān)系。功能試驗(yàn)表明，circ-CYP24A1 通過結(jié)合和抑制miR-224 調(diào)節(jié)增殖和凋亡，導(dǎo)致PRLR基因表達(dá)增加［11］。PRLR基因與動(dòng)物繁殖性狀密切相關(guān)，利用PRLR基因的作用機(jī)制，將其作為影響動(dòng)物繁殖性能的候選基因有重要意義［12］。

2.4 促甲狀腺激素受體（TSHR）基因

促甲狀腺激素受體（TSHR）是一種糖蛋白激素受體，在鳥類和哺乳動(dòng)物繁殖時(shí)的代謝調(diào)節(jié)和光周期控制中起重要作用。已有的全基因組關(guān)聯(lián)研究表明，TSHR基因與生殖有關(guān)，其功能在女性生殖中被鑒定出來，但很少有研究報(bào)告TSHR基因的多態(tài)性，鮮見報(bào)道綿羊TSHR基因的分子突變［13］。家雞比其主要祖先紅原雞性發(fā)育更快，長(zhǎng)得更大，產(chǎn)卵更多，其在馴化過程中選擇的幾種候選遺傳變異基因已被確定，但只有少數(shù)研究將它們與不同的表型性狀直接聯(lián)系起來。值得注意的是，促甲狀腺激素受體（TSHR）基因的一種變體在過去1 000 年中處于強(qiáng)烈的正向選擇下，但其功能和作用機(jī)制在很大程度上仍未明確。雖然家養(yǎng)TSHR 是所有研究的家禽種群中常見的變異體，并且在2 個(gè)紅原雞種群之中，但在其他Gallus物種中未檢測(cè)到。在功能上，與野生型TSHR 個(gè)體相比，具有國(guó)內(nèi)TSHR 變異的個(gè)體在下丘腦中的TSHR表達(dá)較低，在甲狀腺中的表達(dá)略高。TSHB 和DIO2 是鳥類性成熟和繁殖的2 種調(diào)節(jié)因子，在家禽變種雞的腦垂體中表達(dá)較高。此外，國(guó)產(chǎn)變體與露天試驗(yàn)中的更高活性有關(guān)。研究證實(shí)，家養(yǎng)TSHR 變體的傳播僅限于家養(yǎng)雞，在較小程度上，它們的野生對(duì)應(yīng)物為紅原雞。此外，TSHR遺傳變異性的影響反映了先前描述的紅原雞和家雞之間基因表達(dá)和行為的關(guān)鍵差異［14］。甲狀腺激素幾乎存在于所有組織中，并對(duì)生長(zhǎng)、代謝、繁殖和細(xì)胞分化起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用［15，16］。Hugues 等［17］研究表明，下丘腦TSHR 與促甲狀腺激素β 亞基（TSHβ）結(jié)合間接刺激甲狀腺激素（TH）分泌，刺激下丘腦-垂體-性腺軸，以此調(diào)控季節(jié)性繁殖活動(dòng)。對(duì)TSHR 的結(jié)構(gòu)功能特性的研究已取得了一定的進(jìn)展，相信其在提升動(dòng)物繁殖性能方面會(huì)發(fā)揮很大的作用。

2.5 牛磺酸對(duì)雌性哺乳動(dòng)物繁殖的影響

?；撬嵊置Ｄ懰?、牛膽堿、牛膽素，是一種廣泛存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)的游離氨基酸，發(fā)揮著多種生理功能，如參與大腦發(fā)育、視覺傳導(dǎo)、生殖調(diào)控、抗氧化及機(jī)體免疫等，具有廣闊的生產(chǎn)與生活應(yīng)用價(jià)值。在不同發(fā)情階段小鼠的卵巢中，牛磺酸呈周期性表達(dá)。Lobo 等［18］在研究?；撬嵩诖菩陨诚到y(tǒng)中的表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在輸卵管中，?；撬嶂饕ㄎ挥谇簧掀さ睦w毛柱狀上皮和無纖毛柱狀上皮細(xì)胞中；在子宮中，牛磺酸只在發(fā)情后期、間情期大鼠子宮的腔上皮和腺上皮中表達(dá)。?；撬峥梢愿纳坡涯讣?xì)胞質(zhì)量，促進(jìn)減數(shù)分裂，提高卵細(xì)胞受孕概率［19］。?；撬峥梢跃S持精子活力，提高精子存活率，在受精過程中也發(fā)揮了有益作用。范晶晶等［20］研究發(fā)現(xiàn)，?；撬徇€參與調(diào)節(jié)胚胎的著床過程，是胚胎著床成功的關(guān)鍵調(diào)控物質(zhì)。?；撬崾侨梭w的必需氨基酸，參與眾多生命活動(dòng)進(jìn)程，不僅在中樞神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及肝膽系統(tǒng)中發(fā)揮重要的生理功能，也與動(dòng)物生殖過程密切相關(guān)。

2.6 金屬銅元素對(duì)動(dòng)物繁殖的調(diào)控作用機(jī)制

動(dòng)物機(jī)體中銅屬于微量元素，但起到的作用卻非常重要［21］，銅參與機(jī)體的氧化反應(yīng)供能、參與造血相關(guān)的鐵代謝、參與鈣磷代謝調(diào)控骨骼發(fā)育等。銅在哺乳動(dòng)物腸道中的攝取和輸送至其他器官由銅轉(zhuǎn)運(yùn)體Ctr1 介導(dǎo)完成［22］。銅元素經(jīng)過消化吸收進(jìn)入體內(nèi)后，通過血液循環(huán)到達(dá)全身各處組織器官，進(jìn)而調(diào)節(jié)相關(guān)生理活動(dòng)。楊連玉等［23］研究表明，銅可以經(jīng)過血液循環(huán)穿過血腦屏障沉積在下丘腦、垂體等神經(jīng)中樞，影響下丘腦-垂體-性腺軸，調(diào)節(jié)促性腺激素釋放激素（GnRH）、促性腺激素以及性腺激素之間的反饋與負(fù)反饋來調(diào)控生殖和性行為。Peacey 等［24］研究表明，銅-GnRH 復(fù)合物比單獨(dú)使用GnRH 更能觸發(fā)促性腺激素釋放，但銅過量會(huì)誘導(dǎo)卵母細(xì)胞和精原細(xì)胞的自噬基因（Autophagy-related gene，ATG）和相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)，導(dǎo)致生殖細(xì)胞內(nèi)線粒體斷裂和異位并產(chǎn)生大量的活性氧、自由基，進(jìn)而破壞性腺，對(duì)動(dòng)物繁殖造成不利影響。可見，在繁殖動(dòng)物不同種類以及不同階段，提供合理劑量的微量元素銅或替代物對(duì)動(dòng)物生殖系統(tǒng)的健康具有一定必要性。

2.7 褪黑素對(duì)動(dòng)物繁殖的調(diào)控作用機(jī)制

褪黑素（Melatonin，MLT）因可以使兩棲類動(dòng)物皮膚色澤變淺而得名，最早是從牛的松果腺提取得到，所以也稱為松果腺素。褪黑素是一種以色氨酸為基質(zhì)合成的晝夜節(jié)律性胺類激素，其分泌表達(dá)量隨著晝夜變化而變化，在夜間的表達(dá)量高于白晝［25］。褪黑素在動(dòng)物機(jī)體中參與許多生理過程，作用廣泛，如調(diào)節(jié)胃腸道運(yùn)動(dòng)［26］、抗腫瘤、抗氧化、延緩卵巢衰老、增強(qiáng)免疫力以及調(diào)節(jié)動(dòng)物生殖機(jī)能［27］等。褪黑素經(jīng)腦脊液或血液循環(huán)途徑調(diào)控下丘腦-垂體- 性腺軸進(jìn)而調(diào)節(jié)動(dòng)物的繁殖活動(dòng)［28］。褪黑素的表達(dá)主要受光照影響，光信號(hào)通過視網(wǎng)膜傳遞到下丘腦，最后傳遞給松果體，調(diào)控松果體分泌褪黑素，因此，褪黑素是光信號(hào)與生殖活動(dòng)中的重要信號(hào)激素。史建民［29］的研究表明，通過體外額外注射褪黑素，可以提高母畜的發(fā)情率和生育率。對(duì)種公畜而言，精子的運(yùn)動(dòng)活力直接關(guān)系到其生產(chǎn)性能，而精子線粒體直接影響精子的運(yùn)動(dòng)能力，是精子運(yùn)動(dòng)的能量源，其結(jié)構(gòu)與功能的改變直接影響精子的運(yùn)動(dòng)能力。褪黑素可使精子的存活率和直線運(yùn)動(dòng)的比例顯著增加，大大提高種公畜的精液質(zhì)量［30］。在實(shí)際生產(chǎn)中，精子活化是精子能否完成受精作用的關(guān)鍵。Vinod 等［31］研究表明，褪黑素可以通過調(diào)控精子細(xì)胞內(nèi)的Ca2+代謝，減少NO 產(chǎn)生，進(jìn)而減少自由基引發(fā)的精子活力損傷，從而促進(jìn)精子的超活化。Berlinguer 等［32］研究指出褪黑素可以通過上調(diào)卵丘擴(kuò)展基因的表達(dá)和表皮生長(zhǎng)因子受體的表達(dá)水平，促進(jìn)卵丘擴(kuò)展增強(qiáng)促黃體生成素（LH）以及人絨毛膜促性腺激素（HCG）的作用，促進(jìn)卵母細(xì)胞成熟相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而提升卵母細(xì)胞成熟效率。在卵母細(xì)胞成熟的過程中，褪黑素通過影響細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，可以降低卵母細(xì)胞成熟過程中的氧化損傷，提高母畜卵細(xì)胞的質(zhì)量。褪黑素及其受體在動(dòng)物生殖器官中普遍存在，對(duì)于動(dòng)物的繁殖機(jī)能具有很大的影響，結(jié)合外界環(huán)境和動(dòng)物機(jī)體情況合理選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)控方式，對(duì)提高動(dòng)物繁殖力、促進(jìn)畜禽生產(chǎn)業(yè)發(fā)展有很大幫助。

2.8 中草藥添加劑對(duì)動(dòng)物繁殖的調(diào)控作用機(jī)制

中草藥添加劑來源于自然界，具有天然結(jié)構(gòu)狀態(tài)和生物活性，且保持了外源精華活性。天然中草藥中含有蛋白質(zhì)、糖、脂肪、氨基酸、微量元素等營(yíng)養(yǎng)成分，對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖性能的提升和改善起到一定的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控作用［33］。中草藥的不同組成及結(jié)構(gòu)成分發(fā)揮不同的作用，有些中草藥如松針、白術(shù)、當(dāng)歸等能誘導(dǎo)母豬發(fā)情、增加泌乳量、提高產(chǎn)仔數(shù)，從而提高母豬的繁殖性能［34，35］。

大量研究表明，在飼料中添加中藥制劑能夠增加動(dòng)物采食量，提高動(dòng)物免疫力，改善動(dòng)物體質(zhì)，促進(jìn)生殖激素的分泌，提高動(dòng)物的繁殖性能。常見中藥材如當(dāng)歸、黃芪、淫羊藿以及益母草等，在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用于子宮發(fā)育、催情促產(chǎn)以及消除生殖系統(tǒng)炎癥方面。劉心雨等［36］通過在公豬日糧中添加一定比例的菟絲子和淫羊藿顯著改善了公豬精子活力；張鐵英等［37］報(bào)道了在種雞日糧中加入不同劑量的以黃芪和柴胡為主的中草藥添加劑的研究結(jié)果，表明加入0.3%的中草藥添加劑，可顯著提高產(chǎn)蛋率和種蛋孵化率?；谏鲜鲅芯?，結(jié)合經(jīng)典中醫(yī)藥理論發(fā)現(xiàn)，中草藥飼料添加劑對(duì)提高種豬繁殖性能具有很高的應(yīng)用前景。

3 小結(jié)

通過文獻(xiàn)梳理，對(duì)影響動(dòng)物繁殖潛力提升的多種因素進(jìn)行分析總結(jié)，旨在為動(dòng)物遺傳育種提供一定的理論參考，以更好地作用于生產(chǎn)實(shí)踐。當(dāng)然，圍繞著“下丘腦-垂體-性腺軸”以及各生殖相關(guān)的組織器官，影響動(dòng)物遺傳育種和動(dòng)物繁殖性能的因素還有很多，一些新的技術(shù)也會(huì)逐步應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，還需要更多的深入研究來進(jìn)行探索，后續(xù)的研究還需要繼續(xù)進(jìn)行。