宋曉越,郝嘉旭,李增開,陳生會,黃艷平,張 鑫

(1.榆林學(xué)院 陜西省陜北絨山羊工程技術(shù)研究中心,陜西 榆林 719000;2.神木市畜牧業(yè)發(fā)展中心,陜西 榆林 719399;3. 陜西省“四主體一聯(lián)合”肉羊工程技術(shù)校企聯(lián)合研究中心,陜西 榆林 719300)

骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體1B基因(bone morphogenetic protein receptor IB,BMPRIB)屬于轉(zhuǎn)化生長因子β超家族,通過調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、增殖等生理過程對哺乳動物胚胎發(fā)育、胎兒出生后發(fā)育及激素釋放等起重要作用[1]。該基因作為綿羊的繁殖性能相關(guān)基因近年來研究很多,特別是其編碼區(qū)A746G位點(diǎn)(即FecB位點(diǎn))是多個綿羊品種中影響產(chǎn)羔數(shù)和排卵數(shù)的因果突變位點(diǎn)[2-3],會直接導(dǎo)致綿羊的排卵數(shù)和產(chǎn)羔數(shù)增加[4]。在湖羊和小尾寒羊等品種中相繼研究發(fā)現(xiàn)了FecB基因的多態(tài)性及與產(chǎn)羔性能的相關(guān)性[5-6],能較大幅度地提高養(yǎng)殖戶或養(yǎng)殖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 綿羊產(chǎn)羔性狀

繁殖性能是綿羊的重要性狀,但其遺傳力很低,利用傳統(tǒng)育種方法難以獲得顯著進(jìn)展。因此,通過現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù),尋找控制排卵或產(chǎn)羔數(shù)的主效基因就變得尤為關(guān)鍵。綿羊產(chǎn)羔數(shù)受遺傳因素影響較大,且母本的繁殖性能一般能在后代中保持。FecB基因已證實(shí)是能夠決定布魯拉美利奴羊羊繁殖的基因[7-8],FecB基因的雜合突變能增加0.9～1.2只的產(chǎn)羔,純合突變能增加1.1～1.7只的產(chǎn)羔[9]。因此,上述發(fā)現(xiàn)可用于提高群體的繁殖力。

2 國內(nèi)外關(guān)于“FecB”的研究發(fā)表情況

2.1 論文數(shù)量年度變化趨勢

基于CNKI和Web of Science數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了以“FecB”為主題詞的精準(zhǔn)檢索,檢索時間范圍為1981～2023年,檢索日期到2023年4月20日,共檢索到659條學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn)記錄。然后運(yùn)用Excel 2019、GraphPad Prism v7.00和VOS viewer等軟件對結(jié)果進(jìn)行可視化分析。

結(jié)果表明,從全球年度發(fā)文總量來看,1992年、2001年和2005年發(fā)文總量突然增加,此后呈波動上升的趨勢,尤其在近5年中,年發(fā)表論文的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到一個較高的數(shù)值(圖1)。從研究的內(nèi)容來看,主要涉及綿羊、產(chǎn)羔數(shù)、小尾寒羊、多態(tài)性、候選基因、關(guān)聯(lián)分析等關(guān)鍵詞,說明FecB基因與綿羊產(chǎn)羔數(shù)的密切聯(lián)系已成為國內(nèi)外研究FecB的主要方向。在研究中,應(yīng)用基礎(chǔ)研究占比最大,其次是技術(shù)研究和技術(shù)開發(fā),表明FecB基因?qū)d羊產(chǎn)羔數(shù)的影響研究在實(shí)踐中的重要作用。

圖1 1981-2022年論文發(fā)表數(shù)量的年度變化趨勢

2.2 熱門期刊分析

共篩選出十個在FecB基因影響產(chǎn)羔數(shù)方面發(fā)表論文較多的出版物。在十個出版物中,中文雜志和英文雜志各占50%。在中文雜志中,發(fā)表論文最多的是國家級核心期刊《中國草食動物科學(xué)》,其次是中文核心期刊《黑龍江畜牧獸醫(yī)》和《中國畜牧雜志》。在英文雜志中,發(fā)表論文最多的是Animal Reproduction Science,其次是Small Ruminant Research和Biology of Reproduction。

2.3 作者和研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量分析

以1992～2022年期間的學(xué)者為統(tǒng)計源,將國內(nèi)所有作者按照發(fā)文量進(jìn)行排序,選取排名前五的作者,其中,來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究院的儲明星和狄冉發(fā)文量較多。此外,國內(nèi)排名前十的作者中,有6位作者來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究院,有3位作者來自山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,有1位作者來自新疆畜牧科學(xué)院,說明這3所機(jī)構(gòu)為推動FecB基因與產(chǎn)羔數(shù)的研究做了很多工作。

3 FecB基因在不同綿羊品種中的研究進(jìn)展

產(chǎn)于黃河流域的山東,河北以及河南一帶的小尾寒羊具有較好的繁殖性能[10]。2003年,首次在小尾寒羊群體中檢測到FecB基因突變[11],并證實(shí)BB型為優(yōu)勢基因型[12],BB型的產(chǎn)羔數(shù)比++型顯著提升(P<0.01)。2014年,卡那提等[13]研究發(fā)現(xiàn)小尾寒羊群體的FecB基因具有較高的多態(tài)性,且FecB突變在群體中分布較多,有助于提升群體繁殖性能。這些研究表明小尾寒羊的FecB基因可作為分子標(biāo)記輔助育種。

在湖羊中也發(fā)現(xiàn)存在FecB基因突變位點(diǎn)[14],等位基因B和+的頻率分別為0.968和0.032,BB基因型頻率高達(dá)0.941,對應(yīng)產(chǎn)羔數(shù)也顯著高于其它基因型的母羊,說明B等位基因?qū)Ξa(chǎn)羔數(shù)的影響較大。目前,在湖羊研究中主要發(fā)現(xiàn)三種情況,一是群體中僅存在突變B等位基因,無野生型等位基因+;二是群體中存在突變型和野生型等位基因B和+,但以B占主導(dǎo),無++基因型;三是群體中存在BB、B+和++3種基因型,因此,對我國現(xiàn)有湖羊群體進(jìn)行FecB基因檢測和篩選非常有必要性。

在我國的一些地方群體、培育品種或引進(jìn)品種中也進(jìn)行了FecB基因的研究。發(fā)現(xiàn)了新疆多浪羊中存在FecB突變,B+型母羊的產(chǎn)羔數(shù)比野生型多0.51只(P<0.01)[15]。但在蒙古羊、內(nèi)蒙古細(xì)毛羊、阿勒泰羊、呼倫貝爾羊、彭波半細(xì)毛羊、陶賽特和薩福克羊等群體中[16]未檢測到FecB基因突變。塔什庫爾干羊、藏綿羊、策勒黑羊、灘寒雜交群體中也發(fā)現(xiàn)FecB突變,并且對產(chǎn)羔數(shù)有顯著影響[17]。吳天弋等[18]對蘇州湖羊、徐州湖羊、小尾寒羊、洼地綿羊、阿勒泰羊和中國美利奴綿羊的FecB基因座位進(jìn)行了檢測,發(fā)現(xiàn)FecB基因突變還存在地理分布上的差異,東部顯著高于西部。以上研究表明,在一些地方羊群中,FecB基因突變的頻率存在較大差異,有待通過雜交等方式提升這些地方羊群中B等位基因的頻率,以提高產(chǎn)羔數(shù)。

4 FecB基因影響產(chǎn)羔數(shù)的機(jī)理

FecB基因主要在卵巢中表達(dá),利用原位雜交技術(shù),在綿羊卵巢上顯示出FecB基因主要表達(dá)于卵巢上的卵母細(xì)胞和顆粒細(xì)胞中,且在卵泡發(fā)育的各個時期均見表達(dá)[19]。FecB基因突變后,GDF5基因表達(dá)降低,顆粒細(xì)胞分化和成熟提前,促進(jìn)卵母細(xì)胞的生長發(fā)育,因此,突變個體產(chǎn)羔數(shù)高于野生型個體[20]。FecB突變還能引起小尾寒羊卵泡發(fā)育和AMHR2表達(dá)的時空改變,AMHR2的特異性表達(dá)可能參與了FecB突變對卵泡發(fā)育的調(diào)控[21]。研究發(fā)現(xiàn)野生型小尾寒羊與FecB突變型在生殖過程中參與卵泡黃體轉(zhuǎn)變的調(diào)控元件和WNT基因家族成員也存在差異,BB母羊與WW母羊相比,LINC-219386和IGF2- as的表達(dá)水平較高,在卵泡發(fā)育過程中調(diào)節(jié)其靶基因DMXL2和IGF2產(chǎn)生更多的GnRH,這可以解釋為什么突變母羊產(chǎn)生更多成熟的卵泡,這些來自不同發(fā)情狀態(tài)下FecB突變下丘腦表達(dá)譜的結(jié)果,為FecB突變作用下下丘腦如何調(diào)節(jié)排卵提供了新的見解[22]。印度綿羊卵泡發(fā)育相關(guān)基因mRNA表達(dá)在FecB突變和未突變個體中存在差異[23]。研究發(fā)現(xiàn)FecB基因可通過影響激素受體基因的表達(dá)差異來調(diào)控激素信號的接受能力,差異表達(dá)基因在卵母細(xì)胞和卵丘顆粒細(xì)胞中分別顯著富集于卵母細(xì)胞減數(shù)分裂通路和TGF-beta信號通路。以上研究表明FecB基因突變可能改變了卵母細(xì)胞發(fā)育和卵丘顆粒細(xì)胞的增殖水平。

5 FecB基因的檢測方法

儲明星等[24]建立了綿羊多胎主效基因FecB的PCR-RFLP和PCR-SSCP檢測方法,對小尾寒羊、湖羊、東弗里生、中國美利奴等共 6647 只綿羊進(jìn)行了檢測,發(fā)現(xiàn)這兩種方法都能準(zhǔn)確判型,檢測結(jié)果完全相同。楊宇澤等[25]也成功利用 PCR-RFLP 方法分析了不同基因型的FecB基因?qū)π∥埠虍a(chǎn)羔數(shù)的影響。郝耿等[26]在檢測阿勒泰羊FecB基因酶切產(chǎn)物時表明,12%非變性聚丙烯酰胺凝膠比3%瓊脂糖凝膠的圖像清晰度高、分辨率高,而且檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。劉秋月等[27]建立了SNaPshot和Taqman探針法,發(fā)現(xiàn)這兩種方法與傳統(tǒng)方法對比不僅減省檢測成本、降低檢測周期,且能提高檢測效率。高分辨率溶解曲線也被用于FecB基因檢測,可以快速檢測綿羊低豐度FecB,靈敏度比傳統(tǒng)qPCR高4倍,可用于綿羊FecB基因的大群體快速篩查。

6 存在問題

雖然,FecB基因?qū)μ岣哐虻漠a(chǎn)羔率有影響,但是,目前也從在一些問題。比如,研究表明,FecB基因?qū)氲讲鼐d羊、蒙古羊等群體中,雖然可以有效地提高這些綿羊群體的繁殖能力,但也會引起其他性狀的拮抗,比如羔羊初生重低、弱羔及生長速度慢等。研究發(fā)現(xiàn)攜帶B等位基因的母羊的高繁殖率與羔羊的低出生重、斷奶體重減輕有關(guān)。撤栓后+B型小尾寒羊第一次發(fā)情時間顯著早于BB和++型,而且+B型小尾寒羊的發(fā)情周期更短,表明中等排卵數(shù)、較高產(chǎn)羔數(shù)和發(fā)情周期更短的FecB雜合子個體(+B)應(yīng)當(dāng)被畜牧工作者加以重視和推廣[28]。

7 展望

近十年,關(guān)于FecB基因影響產(chǎn)羔數(shù)方面的論文研究數(shù)量呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢,眾多研究證實(shí)了FecB基因突變影響一些綿羊品種的產(chǎn)羔數(shù),同時研發(fā)了多種針對FecB基因突變的檢測方法,促進(jìn)了綿羊繁殖性能的提升。但仍有很多綿羊品種沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)突變或該突變對產(chǎn)羔數(shù)沒有相關(guān)性。因此,需要進(jìn)一步挖掘不同品種綿羊產(chǎn)羔相關(guān)基因,以推動綿羊養(yǎng)殖的提質(zhì)增效。