中国肉牛分子育种研究进展

赵拴平，贾玉堂，徐 磊，李立冰，阮永明

（安徽省农业科学院畜牧兽医研究所，安徽 合肥 230031）

我国是世界上牛品种最多的国家，根据品种资源调查和2001年“国家畜禽品种审定委员会”审核，我国拥有69个黄牛品种，其中包括52个地方品种，5个培育品种和12个引入品种。我国黄牛品种根据产地、体型大小和品种特征，主要分为中原黄牛（山西晋南牛、陕西秦川牛、河南南阳牛、山东鲁西牛和渤海黑牛等）、北方黄牛（吉林延边牛、蒙古高原蒙古牛、辽宁复州牛、新疆哈萨克牛和褐牛等）和南方黄牛（浙江温岭高峰牛、安徽皖南牛、大别山牛等）。我国黄牛品种资源丰富，肉质良好，适应性强，但由于长期以役用为主，存在后驱不发达，产肉少，育肥增重速度慢等问题，大多数品种达不到国际肉用牛的要求，因此，以我国优良地方黄牛品种为基础，充分利用现代生物技术改良培育生长速度快、屠宰率和净肉率较高的新型肉牛品种（系），建立适合我国特色的肉牛产业是发展我国肉牛业的重要战略目标。

1 分子育种研究的内容和特点

动物分子育种是以分子遗传学和分子数量遗传学作为理论依据，利用分子生物学技术来改良畜禽品种的一门新型学科，是传统的动物育种理论和方法的新发展。分子育种与常规育种方法相比较，加快了育种进程，缩短了育种时间，克服了年龄、性别、组织以及环境因素的影响，直接在遗传物质基础上对性状基因型进行选择，揭示生物的性状特性。

动物分子育种主要包括转基因育种和基因组育种。转基因育种是通过基因转移技术将外源性基因导入到某种动物基因组上，从而达到改良重要生产性状或非常规性育种性状的目标；基因组育种，又称基因组扫描选择，是通过DNA标记技术来对某些重要生产性状座位直接进行选择改良，以达到有效地改良畜禽的目的。

2 我国肉牛分子遗传育种的现状

中国黄牛（肉牛）分子育种研究现阶段的主要目标是揭示不同肉牛品种的分子群体遗传学特征和生产性状的分子遗传标记，阐明品种间的差异和遗传关系，用于选种、杂交效果预测、遗传资源评价、保护和开发利用等。目前研究的功能基因主要包括生长发育性状、肉质性状、繁殖性状、屠宰性状、抗病性状相关的基因，涉及的黄牛品种主要有秦川牛、鲁西牛、延边牛、南阳牛、晋南牛、郏县红牛和德国黄牛、安格斯牛、利木赞牛、中国西门塔尔牛、草原红牛等。

3 功能基因多态性分析与生产性状关联性研究

3.1 生长发育性状相关基因研究

我国肉牛生长发育性状相关基因研究较多，主要涉及GH、GHR、IGF－1、IGFBP－3、Orexin、Ghrelin、CART、POU1F1、LPL、MHC、GHRH、TG、MYOG、MRF4、H－FABP、CAST、HCRTR1、NPY、ZAG、Hcrtr1、LEPR、Hesx1、Pitx2、Weaver、Myf－5、GLI2、BMP7、DGAT1、DGAT2、IGF2、MEF2、INSIG1、INSIG2、H－FABP、LEPTIN、IDVGA55、BM2113、ETH225、BM1824、TGLA44、TMEM18、 DRB3、 GDF8、 Pit－1、 FBXO32、RARRES2、UCP－3、POMC、MC3R、MC4R、GHSR、HTR2A、Pax7、PRDM16、MOGAT3、AGRP、PC1、GHRL、SDC1、VEGF－B、PRLR、LEPR、NUCB2、GAD1、ANGPTL6、Leptin、SST、SSTR1、ADD1、NPM1、GLI3、SREBP－1、HTR1B、CLPG 等功能基因。研究主要集中在秦川牛、南阳牛、鲁西牛、晋南牛、草原红牛、中国西门塔尔牛和郏县红牛等黄牛品种上。

GH基因第5外显子C→G突变与鲁西牛、南阳牛、中国西门塔尔牛的体重、体高、体斜长、胸围和肉用指数显著相关［1］；IGF－1基因第2外显子 A→G突变与鲁西牛、南阳牛、中国西门塔尔牛体重、胸围显著相关［1］；Orexin基因突变位点与南阳牛6月龄体重、6月龄日增重和12月龄日增重显著相关［2］；南阳牛POU1F1基因BB与AB基因型个体在初生重、断奶前平均日增重、6月龄体重、体斜长和胸围以及12月龄的体重、体高、体斜长和胸围指标上有显著差异［3］；LPL基因第5外显子多态位点与秦川牛体高、十字部高、体斜长、胸围、尻长和体重显著相关，与南阳牛初生重显著相关［4］；DVGA55等位基因C（203bp）与草原红牛及其杂种牛体高、十字部高和坐骨端高显著相关，BM2113等位基因C（142 bp）与腿围性状显著相关，ETH225等位基因A（123 bp）与腰角宽显著相关，BM1824等位基因A（171 bp）与十字部高性状显著相关，等位基因C（179bp）与胸深性状显著相关，TGLA44等位基因E（221 bp）与体重显著相关［5］。

3.2 肉质性状相关基因研究

牛肉质性状相关基因研究主要涉及CS、CDIPT、CAST、CAPN1、CAPN3、MyoD、MyoG、Myf－6、H－FABP、MSTN、Leptin和 THRSP基因。研究发现，西门塔尔牛CS基因第三外显子G／A多态性与脂肪颜色呈显著相关，AA基因型显著高于BB型［6］；秦川牛CDIPT基因3＇UTR多态位点与眼肌面积显著相关，GG型显著大于AA型［7］；CAPN1和CAV1基因多态位点与眼肌面积和肌肉嫩度显著相关，CAPN3基因多态位点与肌肉嫩度显著相关［8］；生肌调节因子MyoD基因与肉牛眼肌面积、大腿肉厚、腰部肉厚、胴体长和大理石花纹极显著或显著相关（P＜0.01或 P＜0.05）［9］，湘西黄牛 HFABP基因的多态性与牛肉肌内脂肪含量和大理石花纹呈显著相关［10］，MSTN基因突变或者缺失导致肉牛蛋白质活性的降低和丧失，出现“双肌”现象［11］；PRKAG3基因变异位点的3个基因型间嫩度性状差异显著（P＜0.05）［12］；过氧化物酶体增殖激活受体α基因变异位点与秦川牛肉质性状显著相关［13］；PLIN基因多态性对秦川牛脂肪沉积有一定的贡献［14］；LXRα基因部分区段遗传变异与秦川牛背膘厚、胴体长、大理石花纹等级等肉用性状有关［15］。

3.3 繁殖性状相关基因研究

繁殖性状是肉牛养殖业的一个重要的经济性状，研究牛繁殖性状相关基因对于揭示动物繁殖性状调控机制及加快动物育种进程有重要作用。目前关于繁殖相关基因研究相对较少。主要集中在精液品 质 相 关 基 因 （ACTN1、Dmrt7、Mina53、Trf2、Tbxa2r、CyclinA1、GDNF、CIB1、LH、CREM 和PRLP）研究［16－18］，与生殖相关的 TGF－β家族基因成员 （Smad1、Smad4、Smad9、BMPRⅡ、BMPR1A、ZFP474、BMP2、BMP3和 BMP10）研究［19］，血液蛋白（Hb、Tf、PTf、Alb和 Pa）研究［20］，与双胎性状相关的 GDF9［21］、FSHR［22］和 RXRG［23］基因研究和影响母牛受胎的GnRHR［24］基因研究。

3.4 抗病相关基因研究

我国黄牛抗病相关基因研究很少，主要集中在MHC基因家族，Toll样受体4基因（TLR4）、乳铁蛋白基因（IF）、巨噬细胞蛋白1基因（NRAMP1）和白细胞介素IL－8受体基因（CXCR1）等。目前我国地方黄牛的抗性基因研究主要集中在多态性方面。MHC（主要组织相容性复合体）是脊椎动物体内与免疫机能密切相关的基因家族，由紧密连锁和高度多态的基因座组成，其中，DRB3基因是牛MHC中功能最重要、多态性最丰富的区域，参与机体的免疫应答。王兴平等利用PCR－RFLP技术在鲁西牛、秦川牛、晋南牛和南阳牛群体中发现DRB3基因第2外显子的第154位发生C＞A突变［25］。Toll样受体通过对侵入机体的病原微生物的抗原识别和信号传导，在NF－κB介导的炎症和免疫应答反应中发挥着重要作用。

3.5 屠宰性状相关基因研究

在目前的条件下，牛屠宰性状的样本资料获得相对较难，成本较高，因此，关于我国地方肉牛品种屠宰性状相关基因的研究相对较少，主要包括IGFBP－3、DGAT1、DGAT2、MSTN、Myf－5、Myf－6、MyoD、MyoG等8个功能基因。

IGFBP3基因的不同基因型对秦川牛眼肌面积和胴体脂肪含量有显著影响［26］，对草原红牛眼肌面积有显著影响［27］，DGAT1和DGAT2基因与西门塔尔牛背膘厚度显著相关［28］，DGAT1不同基因型与鲁西牛胴体重和净肉率显著相关，DGAT2不同基因型与鲁西牛、晋南牛、秦川牛屠宰率极显著相关［29］。鲁西牛、晋南牛、秦川牛中MYF5不同基因型对净肉率的影响差异极显著［30］。MSTN不同基因型对草原红牛的净肉率有显著影响［31］，MyoD基因变异位点对肉牛的背膘厚、大腿肉厚的影响差异极显著或显著［32］。

4 中国黄牛比较基因组研究与分子进化

目前，我国黄牛遗传资源的研究主要集中在黄牛的起源进化和亲缘关系研究，研究方法主要包括核DNA和线粒体DNA序列特征分析。陈宏教授实验室通过对线粒体DNA D－loop的多态性研究发现中国黄牛主要有普通牛与瘤牛两大起源，其中普通牛单倍型可分为4个支系（T1～T4），瘤牛分为两个支系（I1和I2）［33－35］。Jia等利用分子实验证明普通牛不仅是北方黄牛、中原黄牛与南方黄牛的祖先，还是西藏黄牛的祖先，瘤牛是北方黄牛和雷琼牛的祖先［36］。Cai等利用Y染色体微卫星位点发现中国黄牛不同品种中普通牛和瘤牛两种起源的分布频率有明显差异，普通牛起源类型从南向北逐渐增加，瘤牛则逐渐减少［37，38］。Gou等利用遗传多样性分析发现云南牛更可能起源于瘤牛［39］。

5 我国黄牛分子遗传育种存在的问题

中国黄牛分子遗传育种研究进展较快，已获得了许多分子遗传特征的信息和与生产性状有关联的基因，为今后我国地方黄牛的分子育种研究和应用奠定了良好的基础。但是，我国黄牛分子育种研究目前还存在一些问题。

5.1 研究经费不足

动物分子育种研究，需要大量的人力、物力和财力。我国在黄牛研究方面虽然投入一定的基金和资源，但与发达国家相比，投入力度较小，检测手段比较落后，研究不够深入。

5.2 样本量不足

与兔、鸡等其它畜禽相比，目前在我国尚无较大的、规模化的黄牛育种场，牛样品采集困难，耗时耗力，在很大程度上限制了样本量。根据统计学分析原理，样本量越大，结果越准确。所以，国内肉牛研究的样本量一般较小，在一定程度上影响了研究结果的可靠性。

5.3 研究群体不稳定

目前，我国大多数肉牛分子育种研究试验群体不固定，多是农民或小规模养殖户饲养的黄牛，缺乏系统的系谱资料，个体流动性大，追踪验证困难，在很大程度上影响了了我国肉牛分子育种的研究进程。

5.4 研究系统性不够

我国肉牛分子育种研究进展较快，但许多研究只涉及基因的部分片段，多是基因多态性与肉牛性状关联分析，对全基因序列、基因功能、功能基因表达调控分析和转基因研究等较少，系统性研究不够。

6 中国肉牛分子育种的思路

目前，中国肉牛分子辅助选择技术研究已取得重要进展，今后研究的重点主要应放在分析控制肉牛重要经济性状功能基因对相应表型的影响；基因功能的鉴定和其调控网络关系分析；功能基因在中国黄牛肉用选育中的应用研究等。

6.1 建立健全肉牛育种场（企业）的技术档案体系资料

可靠准确的技术资料决定分子育种技术的准确性，所以，我国肉牛分子育种不仅需要建立稳定的育种核心群体，还需要建立健全肉牛育种场（企业）的技术档案体系资料，以便提高分子育种的可靠性和准确性。

6.2 应加强中国肉牛分子育种研究基金和技术的投入

为了扩大我国肉牛养殖规模和促进分子育种研究进展，国家、地方应加大基金和技术的投资力度，充分调动各方面的积极性，早日培育出具有中国特色的肉牛新品种（系）。

6.3 将分子育种与其他多种技术相结合

在分子育种过程中，将常规肉牛育种技术和现代分子育种技术有效结合，合理利用转基因技术和胚胎生物工程技术，是未来我国肉牛育种的根本措施。

7 中国肉牛分子遗传育种的前景

目前，尽管中国肉牛分子育种研究还存在不足，但已发现了一批具有应用前景的遗传标记，我国肉牛分子育种研究正处于快速发展时期，随着研究的不断深入和研究成果的不断积累，肉牛的分子育种将大大加快我国黄牛生产性能的选育，为未来我国肉牛新品种培育和品种改良发挥重要作用。

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