戴瑩瑩，劉 明，張希宇，胡帥帥，陳 陽(yáng)，吳信生

（1.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009；2.泗洪縣水產(chǎn)技術(shù)推廣站，江蘇宿遷 223900）

角蛋白（Keratin）是一種普遍存在于各種生物體中的非營(yíng)養(yǎng)性蛋白，是毛發(fā)、皮膚、角的主要組成成分。一方面，角蛋白作為上皮細(xì)胞的骨架蛋白，維持表皮細(xì)胞的形態(tài)穩(wěn)定與剛性；另一方面，角蛋白具有調(diào)控功能，在防止表皮損傷、創(chuàng)傷修復(fù)以及細(xì)胞凋亡等過程中發(fā)揮作用。角蛋白有兩類，即角蛋白中間絲蛋白（Keratin Intermediate Filament，KIF）和角蛋白關(guān)聯(lián)蛋白（Keratin Association Protein，KAP），前者一般用KRTn表示，后者用KAPn表示。角蛋白是組成動(dòng)物毛發(fā)纖維結(jié)構(gòu)的重要成分，因此在尋找控制毛皮性狀的主效基因時(shí)，角蛋白基因是首選的候選基因。

角蛋白基因?qū)儆诙嗷蚣易?，目前已發(fā)現(xiàn)的編碼角蛋白的基因有50～100個(gè)。在人和小鼠上，大多數(shù)角蛋白基因都已得到克隆并在染色體上進(jìn)行定位，并且證實(shí)角蛋白基因與人類皮膚病以及腫瘤形成具有相關(guān)性。在動(dòng)物生產(chǎn)中，角蛋白基因的研究集中于以產(chǎn)毛性能為主的毛皮動(dòng)物，如綿羊、山羊、毛兔等，以分析角蛋白基因與產(chǎn)毛性狀的相關(guān)性為主。本文從角蛋白基因的結(jié)構(gòu)、表達(dá)定位、多態(tài)性等方面對(duì)角蛋白基因的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，探究角蛋白基因在分子遺傳育種中應(yīng)用價(jià)值，為進(jìn)一步研究角蛋白基因與相關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀的相互關(guān)系提供理論依據(jù)。

1 角蛋白基因家族

毛發(fā)中含有KRT蛋白與KAP蛋白兩類角蛋白。編碼KRT蛋白和KAP蛋白的基因均是多基因家族，其中基因可分為I型（酸性）和II型（堿性）2個(gè)亞家族基因，KAP基因結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，根據(jù)氨基酸組成與基因結(jié)構(gòu)的不同，可分為23個(gè)亞家族成員（KAP1.n～KAP23.n）。

1.1 基因結(jié)構(gòu)基因在哺乳動(dòng)物染色體上的排列順序及系統(tǒng)發(fā)育具有高度的一致性，是一類起源較早、進(jìn)化比較保守的基因。其中I型的基因有8個(gè)內(nèi)含子，大小在7 000～9 000 bp，II型的有6個(gè)內(nèi)含子，大小在4 000～5 000 bp。KAP基因家族在染色體上成簇存在，長(zhǎng)度一般在600～1 500 bp，整個(gè)基因只含1個(gè)外顯子，沒有內(nèi)含子。KAP蛋白是高硫蛋白，根據(jù)氨基酸組成的不同可以分為高甘氨酸-酪氨酸角蛋白（HGT KAPs）、高硫角蛋白（HS KAPs）和超高硫角蛋白（UHS KAPs）。KRT蛋白是低硫蛋白，在不同生物中的種類與數(shù)量都有所不同，按成分與結(jié)構(gòu)可分為角蛋白與角蛋白，哺乳動(dòng)物中主要為角蛋白，其特點(diǎn)是富含半胱氨酸，角蛋白可根據(jù)半胱氨酸的含量形成不同軟硬程度的角蛋白，半胱氨酸含量越多，角蛋白越硬。而鳥類和爬行動(dòng)物中主要為角蛋白。KAP蛋白是毛發(fā)基質(zhì)的重要組成成分，是哺乳動(dòng)物特有的一類角蛋白。

1.2 基因定位 對(duì)角蛋白家族的基因定位是研究其相關(guān)功能的重要基礎(chǔ)，隨著人類基因組計(jì)劃的完成，人類角蛋白家族基因已在染色體上得到定位，大致分布于3條染色體的5個(gè)區(qū)域。其他哺乳動(dòng)物僅有小鼠、綿羊、兔的大部分角蛋白基因得到定位，其余動(dòng)物的角蛋白家族基因的定位研究尚不完全。在綿羊中，I型與II型基因家族分別定位于11號(hào)、3號(hào)染色體，KAP家族基因大多定位于1號(hào)和11號(hào)染色體。家兔的I型和II型基因分別定為與4號(hào)和14號(hào)染色體，KAP基因主要分布在14號(hào)和19號(hào)染色體。

2 角蛋白基因多態(tài)性與毛發(fā)性狀相關(guān)研究

毛發(fā)性狀是哺乳動(dòng)物特有的性狀，動(dòng)物的毛發(fā)纖維中角蛋白含量約有90%，角蛋白基因是毛皮動(dòng)物相關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀的首要候選基因。

在羊生產(chǎn)上，張亞妮等和孟偉星等都采用PCR-SSCP技術(shù)研究了內(nèi)蒙古絨山羊基因（與）的多態(tài)性，通過PCRSSCP檢測(cè)出3個(gè)基因型：AA、AB和BB，其中AA和BB基因型與產(chǎn)絨量之間有顯著相關(guān)性，內(nèi)蒙古絨山羊中存在5個(gè)多態(tài)位點(diǎn)，其中和的BB基因型是產(chǎn)絨性狀的優(yōu)勢(shì)基因型，可見角蛋白基因可作為產(chǎn)絨性狀的優(yōu)勢(shì)標(biāo)記基因型。田月珍等檢測(cè)了289只細(xì)毛羊基因CDS區(qū)的多態(tài)性，篩選出5個(gè)SNP位點(diǎn)，基因存在3種基因型AA、AB、BB，并且不同基因型之間的羊毛細(xì)度性狀有極顯著差異。晏華春研究了角蛋白候選基因的遺傳變異與和田羊毛長(zhǎng)度與細(xì)度的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)4個(gè)角蛋白基因存在多態(tài)性。這些研究結(jié)果都表明角蛋白相關(guān)基因與羊毛長(zhǎng)度和細(xì)度的相關(guān)性，角蛋白之間相互組合還能表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)效應(yīng)，為進(jìn)一步開展和田羊毛性狀多基因聚合育種提供了一定的參考，并且角蛋白的相關(guān)基因可以作為羊毛細(xì)度性狀的一個(gè)分子標(biāo)記。

在兔生產(chǎn)上，張露檢測(cè)了長(zhǎng)毛兔產(chǎn)毛性狀相關(guān)候選基因5′調(diào)控區(qū)的多態(tài)性后發(fā)現(xiàn)，基因的突變對(duì)長(zhǎng)毛兔絨毛長(zhǎng)度與粗毛纖維直徑有顯著影響；基因突變對(duì)長(zhǎng)毛兔絨毛長(zhǎng)度有顯著影響；基因的突變對(duì)長(zhǎng)毛兔粗毛長(zhǎng)度與絨毛直徑有顯著影響。這3個(gè)SNP位點(diǎn)作用方式都為加性效應(yīng)，均有望成為長(zhǎng)毛兔相關(guān)產(chǎn)毛性狀選育的分子標(biāo)記。宦霞娟對(duì)獺兔和基因的多態(tài)性與其經(jīng)濟(jì)性狀關(guān)聯(lián)性研究后發(fā)現(xiàn)基因存在3個(gè)基因型，其中BB基因型的被毛密度極顯著高于AA型和AB型，并且該性狀的遺傳相關(guān)為0.795。因此基因可作為獺兔胴體深和被毛密度性狀的標(biāo)記基因。眾多研究表明，角蛋白家族基因的多態(tài)性與產(chǎn)絨量以及毛細(xì)度、長(zhǎng)度、密度等毛發(fā)性狀均有相關(guān)性，進(jìn)一步作為毛發(fā)相關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀的候選基因參與品種選育，提高生產(chǎn)效率。

3 角蛋白基因的表達(dá)

毛發(fā)纖維中角蛋白占毛量的65%～95%，由KRT蛋白鑲嵌在KAP蛋白的基質(zhì)中，形成高度規(guī)則的纖維絲結(jié)構(gòu)。其中KRT蛋白是毛發(fā)的骨架，結(jié)構(gòu)與含量相對(duì)穩(wěn)定；KAP蛋白是毛發(fā)的基質(zhì)，不同物種乃至同一物種間結(jié)構(gòu)與含量都有所差異，KAP蛋白含量的變化顯示出不同的毛品質(zhì)。眾多研究表明，大部分角蛋白都在毛囊的皮質(zhì)、表皮以及毛母質(zhì)細(xì)胞中特異表達(dá)，并且不同角蛋白的表達(dá)模式與表達(dá)時(shí)間有所差異，并且這些角蛋白基因表達(dá)的差異可導(dǎo)致不同的毛發(fā)性狀。

3.1 角蛋白基因表達(dá)與毛囊發(fā)育 毛囊是控制動(dòng)物毛發(fā)生長(zhǎng)的附屬物，廣泛存在于動(dòng)物皮膚的表面，具有自我更新和周期性生長(zhǎng)的特點(diǎn)。動(dòng)物毛囊發(fā)育是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，其最外在表現(xiàn)就是毛纖維的的生長(zhǎng)，因此皮膚毛囊的發(fā)育直接影響動(dòng)物毛皮的產(chǎn)量和品質(zhì)。

劉春潔等使用組織表達(dá)序列標(biāo)簽（ESTs）技術(shù)篩選出與毛囊發(fā)育相關(guān)的4個(gè)角蛋白基因，這4個(gè)角蛋白基因在超細(xì)型細(xì)毛羊皮膚中的表達(dá)量極顯著高于細(xì)型細(xì)毛羊，其中表達(dá)量最高。余娟娟利用基因芯片技術(shù)檢測(cè)了敖漢細(xì)毛羊不同毛囊發(fā)育時(shí)期（生長(zhǎng)期與休止期）不同部位（頸部和腹股溝部）上皮組織的基因表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)基因在生長(zhǎng)期頸部的表達(dá)量極顯著高于腹股溝部，表明這4個(gè)基因與細(xì)毛羊毛囊密度有重要聯(lián)系?？梢娊堑鞍谆蚺c毛囊發(fā)育密切相關(guān)，在不同的毛囊發(fā)育時(shí)期有著不同的表達(dá)模式。角蛋白基因可作為毛囊發(fā)育的候選基因以研究毛囊發(fā)育的相關(guān)性狀。

3.2 角蛋白基因表達(dá)與毛品質(zhì) 李冰利用家兔全基因組芯片篩選了不同被毛密度獺兔的差異表達(dá)基因，結(jié)果顯示與等角蛋白基因在密毛組表達(dá)上調(diào)。這些角蛋白基因的異常表達(dá)可能與皮膚毛囊發(fā)育有關(guān)，最終導(dǎo)致被毛密度的差異。狄江等利用表達(dá)譜芯片技術(shù)檢測(cè)了細(xì)毛羊不同被毛纖維直徑皮膚組織mRNA的表達(dá)差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與粗毛組相比，個(gè)角蛋白基因在細(xì)毛組中顯著上調(diào)。康曉龍對(duì)1月齡與48月齡的灘羊皮膚組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)眾多高表達(dá)的角蛋白基因如等，這些基因涉及的信號(hào)通路參與到毛發(fā)結(jié)構(gòu)的形成與生長(zhǎng)中；進(jìn)一步對(duì)基因研究發(fā)現(xiàn)基因在1月齡灘羊的皮膚組織中表達(dá)較高，在羊毛卷曲被毛的形成中發(fā)揮重要作用?？梢娊堑鞍谆蛟诿焚|(zhì)中的重要性，為進(jìn)一步研究角蛋白基因作為候選基因?qū)γ焚|(zhì)的影響提供了依據(jù)。

3.3 角蛋白基因表達(dá)調(diào)控 Powell等分析了15個(gè)角蛋白家族基因的序列后發(fā)現(xiàn)，角蛋白家族基因中存在與特定的基因家族相關(guān)的保守序列，其中一個(gè)序列（CTTTGAAG）在基因的啟動(dòng)子上高度保守，該序列是淋巴增強(qiáng)因子1（LEF1）的結(jié)合位點(diǎn)，LEF1被認(rèn)為可以形成有利于與毛發(fā)角蛋白基因啟動(dòng)子結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，從而促進(jìn)角蛋白基因的表達(dá)。另外，大多角蛋白基因啟動(dòng)子區(qū)含有轉(zhuǎn)錄因子AP1和AP2的結(jié)合位點(diǎn)，AP1與AP2都參與調(diào)節(jié)毛發(fā)角蛋白基因的表達(dá)。目前學(xué)界認(rèn)為動(dòng)物毛發(fā)性狀是多基因調(diào)控的結(jié)果，其調(diào)控機(jī)制較為復(fù)雜，可能涉及到KRT-KRT，KRT-KAP，KAP-KAP家族之間的相互作用，也可能受到其他基因的調(diào)控。由于沒有合適的毛囊細(xì)胞系，有關(guān)角蛋白基因功能與表達(dá)調(diào)控的研究較少，具體的分子機(jī)制尚未明確，目前對(duì)角蛋白基因的研究以啟動(dòng)子區(qū)序列分析與轉(zhuǎn)錄因子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控為主。

4 小 結(jié)

目前，我國(guó)關(guān)于毛皮動(dòng)物的育種仍以傳統(tǒng)的雜交育種為主，育種周期長(zhǎng)且效率低，不能很好地滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)物分子育種應(yīng)運(yùn)而生，特別是SNP分子標(biāo)記的運(yùn)用，將候選基因與目的性狀相關(guān)聯(lián)，可以迅速地篩選出優(yōu)勢(shì)基因型，提高育種進(jìn)程。角蛋白基因作為毛發(fā)性狀的關(guān)鍵基因，是研究毛皮動(dòng)物產(chǎn)毛性狀及其相關(guān)調(diào)控機(jī)制的熱點(diǎn)基因。通過研究皮膚與毛發(fā)中角蛋白基因的組成及其多態(tài)性，作為標(biāo)記基因用于優(yōu)良毛皮性狀的選育，對(duì)于毛皮動(dòng)物的遺傳育種具有重要意義。因此，對(duì)毛皮動(dòng)物角蛋白基因的定位、多態(tài)性與毛皮性狀的關(guān)聯(lián)性以及相關(guān)的表達(dá)調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。