曾檢華，代盛超，2，李 闖

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遺傳育種

公豬對母豬產(chǎn)仔數(shù)影響遺傳標(biāo)記研究進(jìn)展與啟示

曾檢華1，代盛超1，2，李 闖1

（1.廣東壹號食品股份有限公司，廣東 廣州 510620；2.廣州艾佩克養(yǎng)殖技術(shù)咨詢有限公司，廣州 511400）

產(chǎn)仔數(shù)性狀是繁殖性狀中最重要的性狀，但公豬本身并不表現(xiàn)。文章通過近年來公豬精漿蛋白、精子蛋白與基因拷貝數(shù)變異等方面對母豬產(chǎn)仔數(shù)影響遺傳標(biāo)記研究進(jìn)展進(jìn)行分析，探討公豬效應(yīng)對母豬產(chǎn)仔數(shù)影響的分子遺傳機制及調(diào)控機理，為公豬的遺傳標(biāo)記篩選提供參考。

公豬；遺傳標(biāo)記；產(chǎn)仔數(shù)；繁殖性狀；繁殖力

豬繁殖力性狀具有重要的經(jīng)濟價值，而產(chǎn)仔數(shù)性狀又是繁殖性狀中最重要的性狀，但其遺傳力低且公豬本身并不表現(xiàn)[1-2]。公豬繁殖力包括生殖器官生理功能、性欲、交配能力、配種負(fù)荷能力、利用年限及與配母豬的受胎率等。

公豬對母豬產(chǎn)仔數(shù)的影響主要體現(xiàn)在公豬精液質(zhì)量上，精液質(zhì)量的好壞直接影響與配母豬的受胎率和產(chǎn)仔數(shù)。長期以來，常規(guī)公豬精液質(zhì)量檢測主要以公豬精子活力、密度、畸形率等做為評價標(biāo)準(zhǔn)，加上檢測方便，因此廣泛應(yīng)用于商業(yè)化公豬精液檢測[3]。由于并未進(jìn)行精子功能分析，公豬常規(guī)精液質(zhì)量分析無法準(zhǔn)確判斷公豬繁殖力，其實際價值仍值得商榷[3-4]。本文對近年來公豬精漿蛋白、精子蛋白與基因拷貝數(shù)變異對母豬產(chǎn)仔數(shù)研究進(jìn)行綜述，探討公豬效應(yīng)對母豬產(chǎn)仔數(shù)影響的分子遺傳機制，為公豬的遺傳標(biāo)記篩選提供參考，從而最大限度地挖掘公豬潛在繁殖力，有效提高育種效率。

1 公豬精漿對母豬產(chǎn)仔數(shù)影響的研究

公豬精液由精子和精漿組成，精漿由睪丸、附睪和附性腺（精囊腺、前列腺和尿道球腺）分泌產(chǎn)生的混合物，富含多種有機和無機物質(zhì)[5]，為精子提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)，同時影響精子功能[6]。精漿蛋白質(zhì)具有穩(wěn)定精子膜，調(diào)節(jié)精子活力和獲能，促進(jìn)精卵結(jié)合和胚胎發(fā)育等作用[7]。公豬各階段射出的精液組成也不相同，第1部分為含精子少的水樣液體，主要來自尿道球腺；中段部分為濃精部分（SPF），富含精子（80%以上），懸浮液主要由附睪液和前列腺液及少量的精囊液組成；第3部分（post-SPF）精子密度遞減，主要來自精囊液和前列腺液[8]。

Perez等（2016）[7]運用蛋白組學(xué)技術(shù)，比較了公豬不同精漿部分（SPF前10 mL為P1部分，剩余的SPF為P2，第3部分即post-SPF為P3）蛋白質(zhì)，共獲得409個蛋白，至少250個蛋白是首次報道。僅20個蛋白與其生殖過程直接相關(guān)，其余蛋白間接影響公豬精子功能與繁殖力。相對精漿P3部分，精漿P1、P2部分有16個蛋白上調(diào)表達(dá)，18個蛋白下調(diào)表達(dá)。該研究為公豬精子質(zhì)量及繁殖力的遺傳標(biāo)記篩選奠定了基礎(chǔ)。

Barranco等（2015）[8]研究表明，公豬精漿富含Th1、Th2、Th17和Th3型細(xì)胞因子，總共鑒定了包括干擾素γ（INF-γ）、γ干擾素誘導(dǎo)蛋白10（IP10）、白細(xì)胞介素（IL-6、IL-10、IL-7）等在內(nèi)的14個細(xì)胞因子，但生長調(diào)節(jié)致癌基因（CXCL1）、IL-8和IL-15僅在精漿P3部分檢測到。各細(xì)胞因子濃度存在個體差異，在精漿SPF和P3部分間也存在差異，且在精漿P3部分濃度較高（P＜0.05）。該研究首次鑒定了精漿細(xì)胞因子表達(dá)譜，但其對精子的功能及產(chǎn)仔數(shù)的影響有待進(jìn)一步探索。

Barranco等（2015）[9]研究表明，公豬精漿 P1部分對氧磷酶1（PON1）活性最高，P3部分活性最低；精漿PON1活性在公豬個體間差異極顯著，且同一公豬不同采集精液之間差異顯著；精漿PON1活性與精子快速前進(jìn)運動的比率呈正相關(guān)，與精子細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧呈負(fù)相關(guān)；精漿PON1活性高，母豬分娩率也高，但對產(chǎn)仔數(shù)影響差異不顯著。

Barranco等（2015）[10]對精漿中總抗氧化能力（TAC）分析結(jié)果表明，TAC值在公豬個體間及同一個體不同次數(shù)采集精液間差異極顯著；精漿TAC值在不同部分間差異極顯著，且P1＞P2＞P3；精液稀釋后17℃儲存72 h，其TAC值與精子質(zhì)量（活力與動力學(xué)）、細(xì)胞活性氧的產(chǎn)生、脂質(zhì)過氧化作用不相關(guān)，但低TAC值精液的精子質(zhì)量下降明顯；TAC值與產(chǎn)仔數(shù)和繁殖力指數(shù)（產(chǎn)仔總數(shù)/總配種母豬數(shù)）呈正相關(guān)，即TAC值高，則與配母豬分娩率和產(chǎn)仔數(shù)也高。該結(jié)果也表明，公豬精漿高TAC值精液有助于提高受精能力和隨后的胚胎發(fā)育。

2 公豬精子蛋白對產(chǎn)仔數(shù)影響的研究

Kwon等（2015）[11]為了研究公豬精子中潛在影響產(chǎn)仔數(shù)的遺傳標(biāo)記，采用蛋白組學(xué)方法對長白豬高產(chǎn)仔公豬與低產(chǎn)仔公豬精子進(jìn)行比較分析。該研究根據(jù)與配母豬平均產(chǎn)活仔數(shù)，將公豬分成高產(chǎn)仔數(shù)組（12.3±0.07）和低產(chǎn)仔數(shù)組（10.2±0.09），兩組產(chǎn)活仔數(shù)差異極顯著（P＜0.01）。然而，對兩組精液精子活力、動力學(xué)（曲線運動速度、直線運動速度、平均路徑速度、平均頭側(cè)擺幅度）、精子獲能狀態(tài)（頂體反應(yīng)率AR值、未獲能精子百分率、獲能精子百分率）等檢測結(jié)果表明，兩組間各項指標(biāo)并無顯著性差異。兩組精子蛋白組學(xué)研究及其表達(dá)量與產(chǎn)仔數(shù)的相關(guān)性分析表明，L-氨基酸氧化酶（LAAO）、線粒體蘋果酸脫氫酶2（NAD/MDH2）、胞漿5'核甘酸酶1B（NT5C1B）、溶菌酶樣蛋白4（LYZL4）、鈣調(diào)蛋白（CALM）等5種蛋白在高產(chǎn)仔數(shù)公豬精子中表達(dá)豐富且差異顯著；而赤道素（EQTN）、精子黏附蛋白AWN和AQN-3、磷酸丙糖異構(gòu)酶（TPI）、Ras相關(guān)蛋白Rab-2A（RAB2A）、NADH脫氫酶鐵硫蛋白2（NDUFS2）等6種蛋白在低產(chǎn)仔公豬精子中顯著高表達(dá)。這些差異表達(dá)蛋白主要與精子能動性、精子獲能、頂體反應(yīng)、精卵結(jié)合及受精有關(guān)。該研究結(jié)果也為公豬繁殖力遺傳標(biāo)記的篩選提供了參考。

同時，Kwon等（2015）[3]另一項蛋白組學(xué)研究表明，在高產(chǎn)仔（10.99±0.01）與低產(chǎn)仔（6.23±0.38）杜洛克公豬精子中，存在20個差異表達(dá)蛋白，其中19個蛋白在低產(chǎn)仔公豬精子中上調(diào)表達(dá)，僅1個蛋白在高產(chǎn)仔公豬精子中高表達(dá)。這些蛋白包括磷?；嚓P(guān)蛋白、頂體反應(yīng)相關(guān)蛋白、糖酵解/檸檬酸循環(huán)相關(guān)蛋白和抗氧化相關(guān)蛋白等。該研究為低產(chǎn)仔數(shù)公豬精子遺傳標(biāo)記研究提供了基礎(chǔ)。

由于精子獲能后才能受精。因此，Kwon等（2015）[4]采用27頭長白公豬，與配2～5胎經(jīng)產(chǎn)母豬983頭，平均產(chǎn)仔數(shù)（11.47±1.19），同時對精子活力、精子獲能狀態(tài)及其與產(chǎn)仔數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，精子活力、精子獲能前后動力學(xué)與產(chǎn)仔數(shù)并無顯著性相關(guān)，此外精子獲能前的獲能狀態(tài)也與產(chǎn)仔數(shù)無關(guān)。然而，精子獲能后的頂體反應(yīng)率AR值＜17.5%的平均產(chǎn)仔數(shù)11.1，而AR值≥17.5%平均產(chǎn)仔數(shù)11.98，差異顯著，且AR值與產(chǎn)仔數(shù)呈正相關(guān)。據(jù)此，Kwon等（2015）[4]建議精子常規(guī)分析與精子獲能狀態(tài)分析相結(jié)合，可為公豬繁殖力提供更加準(zhǔn)確的評估。

Kwon等（2014）[12]鑒定了長白公豬10個公豬精子獲能前后差異表達(dá)蛋白，包括RAB2A、磷脂氫過氧化物谷胱甘肽過氧化物酶（PHGPx）和線粒體丙酮酸脫氫酶E1亞基（PDHB）在精子獲能前表達(dá)上調(diào)，而這些蛋白與活性氧（ROS）和功能代謝、精子活力、精子活化、頂體反應(yīng)和精卵結(jié)合等功能有關(guān)。其中至少有5個蛋白與相應(yīng)信號通路有關(guān)，但仍有極少數(shù)蛋白功能未知。這些蛋白可做為精子獲能時的候選標(biāo)記去評估或預(yù)測與公豬繁殖力相關(guān)的性狀。

此外，公豬精子芳香化酶CYP19A1（aromatase, CYP19A1）影響精子穿透率和卵裂率，從而影響公豬繁殖力[13]。

3 公豬基因拷貝數(shù)變異與母豬產(chǎn)仔數(shù)

Revay等（2015）[14]研究了公豬拷貝數(shù)變異（CNV）對母豬產(chǎn)仔數(shù)的影響。該研究首先通過遺傳評估，對超過38 000頭公豬進(jìn)行產(chǎn)仔數(shù)直接公豬效應(yīng)（DBE）計算，由于DBE值校正了環(huán)境效應(yīng)及其與配母豬育種值，因而較直接計算公豬平均產(chǎn)仔數(shù)更加準(zhǔn)確。對高產(chǎn)仔數(shù)公豬[DBE值（2.83±0.61）]和低產(chǎn)仔公豬[DBE值（-2.72±0.79）]進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)35個拷貝數(shù)變異區(qū)（CNVR），覆蓋了約1.3%的豬基因組序列，其中30個CNVR與137個繁殖性狀相關(guān)的數(shù)量性狀基因座（QTL）部分重疊，包括乳頭數(shù)量、初情期、血漿促卵泡素（FSH）濃度、妊娠期、睪丸重量等。高產(chǎn)仔公豬特異性CNVR 14個，低產(chǎn)仔公豬特異性CNVR 19個。在這35個CNVR中，包含50個基因，其中40個基因在低產(chǎn)仔公豬呈現(xiàn)特異性，7個基因在高產(chǎn)仔公豬中呈現(xiàn)特異性，另外3個基因在兩個群體中呈現(xiàn)相對的重復(fù)或缺失狀態(tài)。

功能分析結(jié)果表明，低產(chǎn)仔公豬CNVR主要富集在先天免疫系統(tǒng)和脂肪酸氧化途徑等通路中。其中，先天免疫系統(tǒng)包括Toll樣受體（TLR）和RIG-I樣受體介導(dǎo)的干擾素信號通路，這些蛋白位于生殖道內(nèi)，可能與公豬生殖道感染及低繁殖力有關(guān)。脂肪酸氧化途徑與多種細(xì)胞功能相關(guān)，包括線粒體能量產(chǎn)生、氧化應(yīng)激、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜功能等，這些生物學(xué)過程通過精子細(xì)胞發(fā)育和受精能力來影響公豬繁殖力。然而，高產(chǎn)仔公豬CNVR并未顯著富集在任何其他通路中。此外，miR-21、miR-142、miR-143、miR-145在低產(chǎn)仔數(shù)公豬中呈現(xiàn)特異性，但與所檢測的35個CNV無關(guān)。該研究為低產(chǎn)仔數(shù)公豬潛在CNV標(biāo)記提供了基礎(chǔ)，也為公豬對母豬產(chǎn)仔數(shù)選育提供了新的方法和思路。

哺乳動物大部分基因存在2個拷貝數(shù)，這些基因主要通過重復(fù)和缺失的方式導(dǎo)致1～2個拷貝數(shù)變異[15]。然而，睪丸特異蛋白Y基因（TSPY）屬于罕見的多拷貝基因，且存在較高的個體差異，其拷貝數(shù)變異與繁殖力相關(guān)[16]。Quach等（2015）[17]研究表明，公豬TSPY基因在Y染色體短臂上平均有3個拷貝數(shù)；高產(chǎn)仔（DBE值平均3.03）與低產(chǎn)仔（DBE值平均-2.42）公豬TSPY基因拷貝數(shù)差異不顯著，平均拷貝數(shù)分別為2.65、2.70，但均低于正常產(chǎn)仔數(shù)公豬拷貝數(shù)（3.01）。該結(jié)果也表明，相對其他物種多拷貝數(shù)而言，公豬3個較低拷貝數(shù)的TSPY基因可維持基礎(chǔ)繁殖力。

4 小結(jié)

綜上所述，精漿蛋白質(zhì)、精子蛋白質(zhì)與生殖道蛋白涉及精子一系列的功能活動，在生殖過程中影響精子功能，包括精子超活化與獲能、頂體反應(yīng)及精卵結(jié)合等，這些蛋白質(zhì)不可或缺，與公豬繁殖力高低密切相關(guān)[18-19]，最終影響與配母豬產(chǎn)仔數(shù)。

近年來的研究盡管揭示了一些蛋白分子與公豬精子功能及產(chǎn)仔數(shù)的相關(guān)性，但由于公豬品種及研究群體的差異，導(dǎo)致試驗的重復(fù)性和實際的應(yīng)用性存在一定差異，因此這些分子標(biāo)記還不足以客觀地評價公豬的繁殖力[18]。例如，同一研究小組Kwon等對長白豬[11]和杜洛克[3]公豬高、低產(chǎn)仔數(shù)精子蛋白質(zhì)分別進(jìn)行蛋白組學(xué)研究，獲得了不同的差異表達(dá)蛋白。此外，不同長白豬公豬群體研究結(jié)果也存在差異，Kwon等（2015）[11]對高、低產(chǎn)仔數(shù)的公豬精子功能檢測表明兩者間無顯著差異；而Kwon等（2015）[4]結(jié)果表明，精子頂體反應(yīng)率AR值與產(chǎn)仔數(shù)相關(guān)。這些結(jié)果的差異可能與品種及不同群體有關(guān)。除此之外，Kwon等[3-4，11]系列文獻(xiàn)對公豬的評估采用與配母豬平均產(chǎn)仔數(shù)，其結(jié)果的差異亦可能受環(huán)境效應(yīng)與母豬繁殖力差異影響。

因此，深入挖掘與公豬繁殖力相關(guān)的信息，有助于進(jìn)一步了解公豬對母豬產(chǎn)仔數(shù)影響的分子機制及調(diào)控機理，以尋找與之相關(guān)的分子遺傳標(biāo)記，并建立簡便、客觀、高效的評估方法，促進(jìn)遺傳標(biāo)記在豬遺傳改良中的應(yīng)用。同時，精子常規(guī)分析與精子功能分析相結(jié)合，可為公豬繁殖力提供更加準(zhǔn)確的評估從而指導(dǎo)輔助育種工作，提高種公豬生產(chǎn)效率。

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（編輯：郭玉翠）

S828

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1002-1957(2016)06-0069-03

2016-09-12

廣東揚帆計劃引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊專項（2014YT02H042）；廣東省科技計劃項目（2014B030302011）

曾檢華（1979-），男，江西會昌人，博士，研究方向為動物遺傳育種與繁育.E-mail：zjianhua2006＠163.com