許儒祥,衛(wèi) 寧,楊公社,龐衛(wèi)軍
(西北農(nóng)林科技大學 動物科技學院, 陜西 楊凌 712100)
豬乳頭數(shù)性狀屬中等遺傳力(h2)性狀(0.22< h2<0.41),其數(shù)目與產(chǎn)仔數(shù)有較強的相關性。因此,在種豬育種實踐中,乳頭數(shù)作為重要繁殖性狀的指標。種公豬對仔豬乳頭數(shù)性狀h2有重要影響,故種豬選育不僅要重視種母豬乳頭數(shù)性狀的選擇,也要考慮種公豬乳頭數(shù)性狀的選擇。目前,乳頭數(shù)性狀的主要研究方法是首先根據(jù)美國USDA-MARC 的豬遺傳連鎖圖譜初選乳頭數(shù)性狀微衛(wèi)星標記,對構建的與乳頭數(shù)性狀相關的資源群體進行全基因組掃描,從而獲得QTL初步定位結果;其次,在初步定位區(qū)域的基礎上選擇和開發(fā)微衛(wèi)星、SNP遺傳標記,在資源家系群體中進行基因分型以開展精細定位;最后,進一步對精確定位區(qū)域進行高密度SNP搜尋和鑒定,并使用飛行時間質譜技術對這些SNP位點進行基因型判定,并通過SHEsis軟件的x2進行與乳頭數(shù)性狀關聯(lián)性分析。本文綜述了豬乳頭的形成和調控機制,乳頭數(shù)性狀QTL定位方法及其研究進展,旨在為種豬乳頭數(shù)性狀選育提供參考。
乳頭作為乳腺的附屬物,與乳腺形態(tài)發(fā)生密切相關。在胚胎期豬乳腺的形成與發(fā)育主要包括乳線(Milk line)的形成與特化、乳腺基板(Placode)的形成、腺芽(Bud)的形成和原始乳腺導管分支(Primary sprout)的形成四個階段[1-2]。每個階段都由多種基因和不同的信號通路共同調控。如Fgf10和Fgfr2b基因在胚胎早期開始表達,并對乳線特化和乳芽形態(tài)形成有重要的作用[1,3];Wnt受體基因 (TOP-GAL)于胚胎發(fā)育第10天在外胚層和間質細胞中開始表達,通過Wnt信號通路對乳線的形成和特化進行調節(jié)[1,3-5]。此外,一些激素如孕酮、催乳素、甲狀腺素、雄激素和雌激素等對乳頭的形成也有重要調節(jié)作用[6-7]。
信號通路途徑之間的相互作用不僅能調控乳腺和乳頭的形態(tài)發(fā)生,而且可調控乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生的位置[8]。影響胚胎期乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生的信號通路途徑主要有Wnt信號通路、Fgf信號通路、Tbx3通路、Egf家族通路和IGF-1/P190-B通路等。
1.1.1 Wnt信號通路 在乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生過程中占重要地位,能夠調節(jié)乳線特化和乳基板形成[9-10]。Wnt信號通路主要包含經(jīng)典Wnt信號通路和非經(jīng)典Wnt信號通路。在經(jīng)典Wnt信號通路中, Wnt10b基因表達于胚胎早期,是外胚層乳線的內源標志基因,調控乳線特化和促進第1、2和5對乳芽的形成[1,3-5];在非經(jīng)典Wnt信號通路中,Wnt5a和Wnt11基因也表達于胚胎早期,但Wnt5a-/-敲除鼠乳腺發(fā)育正常,不是乳腺形態(tài)發(fā)生所必須,可能在與經(jīng)典Wnt信號通路對抗中共同調控乳腺形態(tài)發(fā)生[10]。
1.1.2 Fgf信號通路 在小鼠胚胎10.25 d,F(xiàn)gf10和Fgfr2表達于胚胎胸體節(jié)中部和腹側頂部,并決定著外胚層和乳線發(fā)育命運,是乳腺早期發(fā)育所必須;Fgf10和Fgfr2b基因能夠調節(jié)乳基板的發(fā)育,當Fgf10和Fgfr2b被敲除時,小鼠只能形成第4對乳基板[3,11]。
1.1.3 Tbx3通路 Tbx3是一種轉錄因子,小鼠胚胎10.25 d在乳腺基質中開始表達,能通過與Wnt10b、Lef-1和 Fgf10等基因相互作用共同調節(jié)乳基板的形成發(fā)育;Tbx3+/-小鼠表型能形成正常的乳基板,但胚胎胸節(jié)處3個乳芽不能正常發(fā)育和維持;Tbx3-/-小鼠比Tbx3+/-小鼠有更嚴重的表型,其大部份乳基板不能成功發(fā)育[12-13]。
1.1.4 Egf家族通路 Nrg基因屬于Egf家族成員之一,能將胚胎脊柱軸下方細胞的Fgf10表達信號傳遞至乳腺間質,調節(jié)乳腺基板的發(fā)育;另外,Nrg基因能加強和促進乳間質和上皮細胞中經(jīng)典Wnt信號通路表達,對乳腺基板發(fā)育進行調控[14]。
1.1.5 IGF-1/P190-B通路 小鼠胚胎12.5 d,P190-B在乳芽上皮細胞及周圍間質中開始表達,其敲除鼠乳芽較小并且乳間質紊亂不能表達AR基因,此外,P190-B能夠與IGF-1相互作用,共同調控乳芽的成熟[15]。
在豬乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生過程中的不同階段,除受主要信號通路調控外,還存在一些其他基因的調控:PTHrP 和PTHR1基因表達于胚胎早期對乳腺形態(tài)發(fā)生過程有重要作用,當PTHrP 和PTHR1基因被敲除時,小鼠乳腺導管和乳頭的形態(tài)發(fā)生消失[16-17];GATA-3表達于胚胎早期,通過調控乳腺腔上皮細胞命運從而影響乳腺的正常發(fā)育[18-19];BMP4是骨成型蛋白家族成員之一,不僅可通過調節(jié)下游LEF-1基因經(jīng)由Wnt信號通路對乳腺形態(tài)發(fā)生進行調控,而且也可通過與Tbx3相互抑制作用經(jīng)由Tbx3信號通路調控乳腺的形態(tài)發(fā)生[20];Msx2表達于胚胎時期乳芽上皮細胞,其敲除鼠表現(xiàn)乳芽發(fā)育正常,但乳芽副產(chǎn)物及乳頭形態(tài)發(fā)生受到影響[16,21]。
豬乳頭數(shù)性狀QTL定位方法主要包括資源群體組建、初步定位和精確定位、高密度的SNP搜尋以及候選基因的篩選等。
2.1.1 資源群體 主要包括家系群體和遠源群體兩種。家系群體一般選取對目的性狀差異較大的兩個純種群體作為F0代,通過F0代雜交得到F1代,然后在F1代中選取乳房、生殖器管和骨骼符合選育標準的優(yōu)秀個體再進行自交,得到擁有性狀分離的F2代,F(xiàn)0、F1和F2代就組成了所要構建家系群體。Ren等[22]利用耳面積差異很大的白杜洛克公豬與二花臉豬母豬進行雜交構建家系群體,并通過F0、F1和F2代成功地定位了影響耳面積的QTL區(qū)域。遠源群體則是由各地方品種以及外來豬種組成的群體。對遠源群體的利用主要是通過其間差異來對比分析QTL區(qū)域,使定位更加精準。
2.1.2 初步定位和精確定位 對乳頭數(shù)性狀來說,可根據(jù)美國USDA-MARC豬遺傳連鎖圖譜選取微衛(wèi)星標記,對已建好的資源群體三代個體進行全基因組掃描分析,初步確定定位區(qū)域。然后在此區(qū)域選擇已知的微衛(wèi)星標記或開發(fā)一些新的SNP遺傳標記進行精確定位,最終得到較精確的影響豬乳頭數(shù)的QTL[22-23]。
2.1.3 高密度的SNP 根據(jù)SNP具有密度高、多態(tài)性豐富、遺傳穩(wěn)定性高和可自動化分析等特點,對上述已經(jīng)精細定位的影響乳頭數(shù)性狀的區(qū)域進行高密度SNP搜尋和鑒別,精細作圖繪制高密度遺傳圖譜。同時,根據(jù)飛行時間質譜技術對品種間或品種內個體中已選定的SNP進行基因型判定,并通過SHEsis軟件的x2進行與乳頭數(shù)性狀關聯(lián)性分析[23],從而有利于更好的研究候選基因。
2.1.4 候選基因的篩選 候選基因的概念在不同的研究領域中有所不同,生理學家認為所有假定涉及特定性狀表達的基因均為候選基因。在以上的精準定位后,通過精細作圖繪制遺傳圖譜可能把這些候選位點的數(shù)量減少到幾百個。然后通過基因表達譜對假定基因進行選擇,找出對與目的性狀相關的基因,選出合適的候選基因[22-23]。
豬乳頭數(shù)性狀QTL定位的研究主要包括總乳頭數(shù)性狀QTL定位和左右側乳頭數(shù)性狀QTL定位兩方面。
2.2.1 總乳頭數(shù)性狀QTL定位 目前國際上已有多個利用不同資源群體定位豬乳頭數(shù)性狀QTL的報道,在除SSC18外的所有常染色體成功定位到影響乳頭數(shù)性狀的QTL[24-26]。在乳頭數(shù)性狀QTL定位的研究中,大部分是以梅山豬和其它的品種豬構建的樣本家系。Bidanel等[27]利用梅山×大白F2資源群體將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC3、SSC4、SSC7、SSC8、SSC11、SSC16;Zhang等[28]利用梅山×大白F2資源將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC6和SSC7;Wada等[29]利用梅山×阿根廷小型豬F2資源群體將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC1和SSC7;Sato等[30]利用梅山×杜洛克F2資源將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC3、SSC7、SSC8和SSC12。而小部分則是利用除梅山豬以外的其它豬種作為親本構建家系。Ding等[31]利用白杜洛克×二花臉F2資源群體將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC1、SSC3、SSC4、SSC5、SSC6、SSC7、SSC8、SSC9、SSC12、SSC13、SSC14和SSC16。因此,不同的種群豬乳頭數(shù)在染色體的QTL定位不同,這說明豬乳頭性狀調控的復雜性。在我國相關領域研究中缺乏本地豬種之間建立的雜交系,從選種的角度,應加大選種力度,充分利用地方品質資源。
2.2.2 左右乳頭數(shù)性狀QTL定位 在母豬乳頭相關性狀中,除了乳頭總數(shù)之外,還有一個重要的組分性狀,即左右乳頭數(shù)目不對稱。其原因可能是由于在胚胎發(fā)育過程中異常而導致。另外,豬乳頭的左右對稱情況與胚胎期乳頭原基發(fā)育相關,因此推測母豬乳頭的左右對稱性可能與其泌乳性能有關。據(jù)報道,在白色杜洛克×二花臉F2資源群體中左側乳頭數(shù)性狀QTL定位位于SSC1(142cM)、SSC3(119/46cM)、SSC4(40cM)、SSC5(74cM)、SSC6(125cM)、SSC7(95/59cM)、SSC8(80cM)和SSC12(79cM),右側乳頭數(shù)性狀QTL定位位于SSC1(134cM)、SSC3(56cM)、SSC4(23cM)、SSC5(77cM)、SSC7(93/60cM)和SSC12(58cM)[31]。豬左側和右側乳頭數(shù)性狀QTL在染色體上的定位有較大的差異,具體受哪些基因的調控還有待研究。
2.2.3 豬乳頭數(shù)候選基因 Wimmers等[32]研究發(fā)現(xiàn),位于SSClq28-29的RLN(relaxin gene,RLN)與翻乳頭的形成相關;ESR(estrogen receptor,ESR)位于SSC1p24-25,屬于核受體超家族成員之一,是由配體活化的轉錄因子,與豬乳頭形成有關[33];位于SSC2的IGF-2和FSH (follicle- stimulating hormone,F(xiàn)SH)是影響乳頭形成的位置候選基因[33-34],其β基因能夠對種豬乳頭數(shù)及產(chǎn)仔數(shù)產(chǎn)生直接的影響;位于SSC5上的IGF-1和PTHLH(parathyroid-hormone-like hormone,PTHLH)能與不同的通路共同調節(jié)乳腺和乳頭的形態(tài)發(fā)生;位于 SSC6上的TGFB和 LEPR (leptin receptor,LEPR)基因是影響乳頭形成的候選基因[35];位于SSC7上的PRL(prolactin gene,PRL)對乳頭的特征有重要的影響[36]。
PTHLH和PTHR-1(parathyroid hormone-like hormone receptor 1,PTHR-1)對乳頭上皮間質細胞間相互作用進行調控,影響乳腺、乳頭的形態(tài)發(fā)生。在杜洛克與柏林小型豬構建的F2群體中進行豬乳頭數(shù)性狀QTL搜尋,結果表明PTHLH和PTHR-1是影響總乳頭數(shù)和倒乳頭數(shù)的候選基因,同時也發(fā)現(xiàn) FGFR2、GHR、HGF、PDGFA、PDGFRA、PDGFB和VEGF等7個基因在正常和翻乳頭之間表達差異顯著[35-36]。對PTHLH和PTHR1基因進行進一步分析發(fā)現(xiàn),在杜洛克和柏林小型豬中PTHR1的SNP位點C1819T與總乳頭數(shù)和倒乳頭數(shù)顯著性相關;PTHLH的SNP位點C375T與倒乳頭顯著相關,但在柏林小型豬中沒有發(fā)現(xiàn)與總乳頭數(shù)和倒乳頭數(shù)的相關性。
LEF-I(lymphoid enhaneer-binding factor-l,LEF-I)基因屬于TGF家族成員之一,能直接耙定β-連環(huán)蛋白調控Wnt信號通路,是經(jīng)典Wnt信號通路關鍵調節(jié)因子。LEF-1基因位于豬第八染色體,含有12個外顯子,在早期胚胎中開始表達,是調控乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生的重要基因。Jonas等[35]通過對LEF-I mRNA進行SNP搜尋,發(fā)現(xiàn)在lEF-1 mRNA 3′端存在2個SNP 位點(NM_001129967.1: g. 1351T>C和NM_001129967.1:g. 1666A>C),其中SNP位點1351T>C與倒乳頭數(shù)和總乳頭數(shù)顯著相關,SNP位點1666A>C與商品豬倒乳頭數(shù)顯著相關。
乳頭數(shù)是種豬繁殖性能選育的重要指標之一,與窩產(chǎn)仔數(shù)和母豬的哺育率有較強的相關性。但到目前為止,影響乳頭數(shù)的主效基因還沒有篩選出來,仍需進一步探索。國內外研究利用不同品種間和品種內進行QTL定位并尋找影響豬乳頭數(shù)性狀的主效基因,但結果并不理想。另外,定位的結果也存在著差異性,不僅表現(xiàn)在QTL數(shù)目、定位的染色體區(qū)域,而且即使相同QTL定位的效應也不完全相同[37]。其原因可能是由于采用的分子標記數(shù)目和密度不同以及乳頭數(shù)性狀的遺傳基礎不一樣所致。因此,今后應適當?shù)脑黾臃肿訕擞浢芏?,運用更為精準的高密度SNP標記方法挖掘我國地方品種和培育品種乳頭數(shù)性狀的候選基因,進而通過與性狀關聯(lián)分析確定主效基因,為選育具有較多乳頭數(shù)的種豬提供理論依據(jù)。
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