徐 磊，賈玉堂，趙拴平，李立冰，阮永民

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，安徽 合肥 230031）

皮下脂肪對(duì)動(dòng)物活體和胴體都很重要，其作用主要表現(xiàn)為能量?jī)?chǔ)存、保護(hù)組織和保持體溫，它對(duì)肉品質(zhì)等級(jí)也有重要的影響，是牛肉分級(jí)時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)。在歐洲和亞洲的市場(chǎng)上，大多數(shù)消費(fèi)者是不接受黃色的脂肪的牛肉的，作為消費(fèi)者最直觀的印象之一，它也是能直接的影響消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)時(shí)的欲望。研究表明牛肉黃脂是脂肪組織中的β－胡蘿卜素所導(dǎo)致的［1，2］，類(lèi)胡蘿卜素是在植物中發(fā)現(xiàn)的一組化學(xué)復(fù)合物，包括葉黃素、胡蘿卜素、番茄紅素，它們分別為黃色、橙色和紅色。在脂肪中占數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的是β－胡蘿卜素和葉黃素，胡蘿卜素有很多種不同的同質(zhì)異構(gòu)體，全反式β－胡蘿卜素是在飼料作物中最常見(jiàn)的異構(gòu)體，也是牛體內(nèi)循環(huán)中主要的類(lèi)胡蘿卜素［8］。

近幾十年，對(duì)可能與牛肉脂肪顏色相關(guān)聯(lián)的候選基因和報(bào)道出的QTL進(jìn)行的檢測(cè)，并沒(méi)有明確的QTL發(fā)現(xiàn)。由于β－胡蘿卜素是牛肉黃脂的主要貢獻(xiàn)者，為了查明牛肉脂肪顏色的遺傳機(jī)制，需要對(duì)β－胡蘿卜素的代謝進(jìn)行生理和分子遺傳水平的研究，主要是圍繞在參與類(lèi)胡蘿卜素代謝過(guò)程的各種酶的分子遺傳水平上的研究。本文論述了牛肉脂肪顏色的遺傳差異、β－胡蘿卜素對(duì)牛肉脂肪顏色的影響、黃脂形成的生理機(jī)理、β－胡蘿卜素的代謝過(guò)程、代謝過(guò)程相關(guān)酶的檢測(cè)、對(duì)酶的分子遺傳研究及基因克隆轉(zhuǎn)化等方面近年來(lái)的研究進(jìn)展，以期為進(jìn)一步深入開(kāi)展肉牛脂肪顏色遺傳研究提供參考。

1 脂肪顏色對(duì)市場(chǎng)牛肉市場(chǎng)情況的影響

對(duì)于消費(fèi)者而言，看到一塊牛高檔部位的分割肉，肉眼所見(jiàn)的最直觀印象就是大理石花紋、肉色和脂肪顏色這三個(gè)方面，這三個(gè)指標(biāo)成為了各個(gè)國(guó)家牛肉分級(jí)的最重要組成部分。在歐洲、東北亞、美國(guó)市場(chǎng)，黃色脂肪通常被認(rèn)為是脂肪組織的一種非正常的黃染現(xiàn)象，經(jīng)常會(huì)與黃疸病和黃脂病聯(lián)系到一起。作為一個(gè)重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，脂肪的質(zhì)量可以顯著的影響胴體的得分，進(jìn)而影響它的價(jià)格。1995年Hayes在澳大利亞曾報(bào)道過(guò)在出口的胴體中黃色脂肪會(huì)降低10%的等級(jí)，如果有50%的黃脂，每年會(huì)減少肉牛業(yè)920萬(wàn)美元的收入；我國(guó)劉曉牧等在山東省部分屠宰企業(yè)的調(diào)查，每公斤高檔牛肉中，黃色脂肪的肉價(jià)格比白色脂肪低40元左右［3］。

2 影響脂肪顏色的遺傳因素

很多因素都會(huì)影響脂肪顏色，包括飼料、營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境、飼養(yǎng)管理、品種、性別、年齡，很多的研究已經(jīng)證明脂肪顏色受品種的影響，通常奶用牛品種的黃脂要比肉用牛多，Kruk等證明Jersey牛的皮下脂肪中類(lèi)胡蘿卜素沉積的遺傳力，要高于Jersey牛與Limousin牛的雜交和純種的Limousin牛。對(duì)羊的研究也表明黃脂是受遺傳控制的性狀，計(jì)算出羊的黃脂的遺傳力為0.18［4］，Pitchford等［5］計(jì)算過(guò)牛脂肪顏色的遺傳力為0.33（SE0.06），這些遺傳力的評(píng)估證明了脂肪顏色可以通過(guò)選育來(lái)改變。

有研究證明，皮下脂肪的類(lèi)胡蘿卜素濃度不但與脂肪顏色的主觀評(píng)分高度相關(guān)（r＝0.61），與脂肪顏色客觀的評(píng)分更加相關(guān)（r＝0.73）［6］。牛肉脂肪顏色與脂肪中β－胡蘿卜素的濃度直接相關(guān)，受遺傳因素的影響，不同品種的?；蛘咄贩N不同的個(gè)體的脂肪顏色和脂肪組織中類(lèi)胡蘿卜素的濃度也有不同。Kruk認(rèn)為在Jersey牛β－胡蘿卜素沉積引起黃脂的過(guò)程中有一個(gè)主效基因在起作用，但卻沒(méi)有找出這個(gè)主效基因。

3 脂肪顏色性狀的QTL定位

通過(guò)檢測(cè)影響脂肪顏色的染色體片段以進(jìn)行QTL定位可以對(duì)這個(gè)復(fù)雜的性狀進(jìn)行分析，但一直沒(méi)有牛肉脂肪顏色QTL的準(zhǔn)確定位。Esmailizadeh對(duì)澳大利亞和新西蘭的Jersey－Limousin雜交牛做了一個(gè)全基因組掃描，對(duì)34個(gè)性狀進(jìn)行QTL定位，包括脂肪顏色性狀。在他們的研究中，用區(qū)間定位的方法在11號(hào)染色體上找到了14個(gè)有可能的脂肪顏色性狀相關(guān)的QTL片段，但卻沒(méi)能證明檢測(cè)到的QTL的相關(guān)基因或者他們的等位基因的不同對(duì)脂肪顏色的不同有影響。

4 類(lèi)胡蘿卜素和脂肪顏色

牛的黃脂中起主要作用的是類(lèi)胡蘿卜素，為了確定脂肪顏色的遺傳規(guī)律，對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的代謝過(guò)程的研究就很重要。由于只有微生物和植物才能合成類(lèi)胡蘿卜素，動(dòng)物組織中的類(lèi)胡蘿卜素完全來(lái)源于食物，脂肪組織中的β－胡蘿卜素沉積量是由其在食物中的含量和在脂肪組織中的轉(zhuǎn)化率決定的，不同的轉(zhuǎn)化步驟（包括瘤胃消化、腸吸收、從血液到組織的轉(zhuǎn)運(yùn)、個(gè)體組織代謝）都能影響類(lèi)胡蘿卜素在乳腺和脂肪組織中的沉積［7］。

飼料中添加維生素A可以降低血液中的類(lèi)胡蘿卜素濃度，但并不能減少脂肪中的類(lèi)胡蘿卜素及脂色［8－11］。在牛的體內(nèi)，大部分的β－胡蘿卜素是高密度脂蛋白（HDL）運(yùn)送的，而且運(yùn)送的類(lèi)胡蘿卜素比例高達(dá)77%～83%［12］。Kruk等［13］的研究表明，不同品種的高密度脂蛋白（HDL）的大小有區(qū)別，Jersey牛的大顆粒高密度脂蛋白（HDL）比例高于Limousin牛，這或者是Jersey牛組織中的類(lèi)胡蘿卜素情況與其他品種牛的差異的一個(gè)原因。Knight等［14］證明類(lèi)胡蘿卜素一旦沉積在脂肪中就很難再清除，當(dāng)牛飼料中類(lèi)胡蘿卜素的水平較低時(shí)，脂肪中沉積的胡蘿卜素也沒(méi)有發(fā)生改變，而血液中的類(lèi)胡蘿卜素濃度卻會(huì)下降到很低的水平。Pitchford等［15］的研究表明經(jīng)過(guò)一個(gè)短期的谷物飼料的飼養(yǎng)，脂肪顏色黃度下降了83%，這是由于脂肪的快速堆積，脂肪組織中的β－胡蘿卜素被稀釋所引起的，而不是已經(jīng)沉積的β－胡蘿卜素發(fā)生降解所致。

這些過(guò)程都可以控制類(lèi)胡蘿卜素從食物到脂肪組織的沉積，由于牛肉脂肪顏色的主效基因還沒(méi)有找到，對(duì)類(lèi)胡蘿卜素代謝中涉及的酶的基因的研究是對(duì)牛肉脂肪顏色的遺傳研究有效途徑。

5 β－胡蘿卜素分解酶

哺乳動(dòng)物都不能夠合成維生素A，它來(lái)自于食物中的維生素A原類(lèi)胡蘿卜素［16］。在動(dòng)物中，β－胡蘿卜素氧化合成為維生素A有兩種方式：對(duì)稱(chēng)裂解和非對(duì)稱(chēng)裂解。對(duì)稱(chēng)裂解是其主要的裂解方法，這種裂解中，β，β－胡蘿卜素15，15＇－加氧酶（BCMO1）對(duì)稱(chēng)的裂解β－胡蘿卜素上的15，15＇－雙鍵生成維生素A和維甲酸［17，18］。在果蠅中，β－胡蘿卜素的對(duì)稱(chēng)裂解是唯一的裂解方法，也是在這個(gè)途徑中發(fā)現(xiàn)了BCMO1酶［19］。在脊椎動(dòng)物中維生素A衍生物的生物合成中，β－胡蘿卜素的對(duì)稱(chēng)與不對(duì)稱(chēng)分解是一個(gè)長(zhǎng)期爭(zhēng)論的話題。在通過(guò)分子克隆對(duì)老鼠BCO2基因特征的研究中，發(fā)現(xiàn)了β－胡蘿卜素的不對(duì)稱(chēng)氧化裂解方式［20］，β，β－胡蘿卜素9＇，10＇－雙加氧脫氫酶（BCO2）特異性的裂解β－胡蘿卜素的9＇10＇－雙鍵，產(chǎn)生β－紫羅酮和兩分子的β－阿樸胡蘿卜素醛。除了裂解β－胡蘿卜素的9＇10＇－雙鍵外，另外，對(duì)β－胡蘿卜素的其他部位進(jìn)行裂解的異常的酶催化分解途徑也有過(guò)報(bào)道［21］，但是卻沒(méi)有在這些異常的裂解反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)其他的酶。

6 BCMO1基因研究

通過(guò)在大腸桿菌中表達(dá)黑腹果蠅的BCMO1基因的克隆，鑒定出BCMO1酶是一個(gè)親水的、非膜結(jié)合的蛋白［22］，Lindqvist等［23］確定了人的BCMO1酶的胞質(zhì)定位，由于BCMO1是一個(gè)細(xì)胞質(zhì)酶，它需要特殊的結(jié)合蛋白來(lái)轉(zhuǎn)運(yùn)β－胡蘿卜素和產(chǎn)物類(lèi)維生素A，這些都是親脂性的復(fù)合物，但是細(xì)胞中的類(lèi)維生素A結(jié)合蛋白與鼠的BCMO1酶在體外卻不能發(fā)生反應(yīng)［24］。因此，BCMO1酶是否與類(lèi)維生素A的代謝過(guò)程中涉及的某一特定的蛋白發(fā)生反應(yīng)還有待進(jìn)一步的研究證明［25］。

與維生素A不同，對(duì)人體進(jìn)行大劑量的β－胡蘿卜素補(bǔ)充也不會(huì)產(chǎn)生維生素A過(guò)多癥，顯示出β－胡蘿卜素裂解為維生素A受到BCMO1酶的調(diào)控［26］。在大鼠和雞體內(nèi)，維生素A酸可以強(qiáng)烈的抑制腸壁中BCMO1基因mRNA的表達(dá)，可以使BCMO1酶的活性下降90%。這種BCMO1基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控可以用鼠BCMO1基因啟動(dòng)子的維生素A酸反應(yīng)原的特異性識(shí)別來(lái)解釋?zhuān)?7］。腸組織可以通過(guò)抑制SCARB1基因和BCMO1基因的表達(dá)來(lái)控制維生素A的產(chǎn)生，就能控制對(duì)脂類(lèi)的吸收和類(lèi)維生素A等的合成［28］。

7 BCO2基因研究

BCO2酶除了對(duì)稱(chēng)裂解外，還能催化β，β－胡蘿卜素的9＇，10＇雙鍵的裂解，BCO2基因的mRNA表達(dá)在雞的肝臟和皮膚中很強(qiáng)烈［29］，通過(guò) RT－PCR分析，發(fā)現(xiàn)在鼠的腸、肝、腎和睪丸組織中的表達(dá)水平高度穩(wěn)定，脾、腦、心臟和肺組織表達(dá)水平很低［30］，VonLintig等［31］在人體的骨骼肌中也發(fā)現(xiàn)了BCO2基因的mRNA。在敲除了BCMO1基因的小鼠體內(nèi)，內(nèi)臟脂肪中BCO2的mRNA表達(dá)水平卻沒(méi)有變化，Hessel等［32］在已經(jīng)檢測(cè)過(guò)沒(méi)有BCMO1酶活力的情況下，維生素A缺乏不會(huì)影響B(tài)CO2酶在人體的不同的組織和細(xì)胞中的表達(dá)［33］。

BCO2基因的表達(dá)與β－胡蘿卜素的沉積有高度的相關(guān)，表明BCO2基因?qū)Ζ拢}卜素的降解作用，與β－胡蘿卜素的沉積存在關(guān)系［34，35］。這些結(jié)果表明調(diào)控維生素A和乳酸合成通路的基因的表達(dá)水平對(duì)β－胡蘿卜素在皮下脂肪組織中的沉積有重要的影響作用，它們也就能影響牛肉的脂肪顏色。

8 總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，育肥過(guò)程中脂肪組織的沉積和日糧中類(lèi)胡蘿卜素的含量都是影響黃脂的重要因素，在脊椎動(dòng)物中，β－胡蘿卜素來(lái)源于食物并且用作為一種主要的維生素A的前體。從食物中釋放后，β－胡蘿卜素經(jīng)過(guò)瘤胃被小腸所吸收，剩下的結(jié)合到血清中的乳糜微粒上被轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟、脂肪和肌肉組織中。β－胡蘿卜素的消化和吸收是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，有一系列的酶和蛋白參與其中。在β－胡蘿卜素的代謝中，兩種加氧酶（BCMO1和BCO2）完成最初的裂解生成類(lèi)維生素A等。類(lèi)維生素A可以降低BCMO1酶和其他涉及催化阿樸胡蘿卜素醛化學(xué)代謝的酶。由于β－胡蘿卜素是牛脂肪組織中沉積的主要的帶色物質(zhì)，所有涉及β－胡蘿卜素轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝的蛋白和酶都可能是控制牛肉脂肪顏色的候選基因。

通過(guò)檢驗(yàn)這些候選基因，對(duì)牛肉脂肪顏色性狀的QTL進(jìn)行定位，檢驗(yàn)它們對(duì)脂肪顏色的影響，可以發(fā)現(xiàn)影響脂肪顏色的生物通路，假設(shè)如果候選基因參與從β－胡蘿卜素到維生素A的代謝，類(lèi)胡蘿卜素的轉(zhuǎn)運(yùn)和脂肪的沉積就會(huì)影響牛的脂肪顏色。因此，對(duì)這些通路中的候選基因的多態(tài)性檢測(cè)，并與脂肪顏色進(jìn)行相關(guān)分析，是當(dāng)前可以進(jìn)行的有關(guān)牛肉黃脂肪的遺傳研究的有效手段。

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