陳冬金 桑雷 孫世坤 陳巖鋒 王錦祥 謝喜平 張丹青

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所 350013)

福建地方家兔據(jù)1985年出版的 《福建省家畜家禽品種志和圖譜》調(diào)查，有黃色毛、黑色毛、白色毛和灰毛兔4個(gè)種群[1]。福建黃兔和閩西南黑兔已列入國(guó)家畜禽遺傳資源目錄[2,3]。福建白兔系福建兔的白毛系，于2014年通過國(guó)家畜禽資源專家委員會(huì)認(rèn)定，屬小型肉用地方兔資源，全身被毛白色，頭部清秀，兩耳直立，繁殖性能良好、耐粗飼、抗病力強(qiáng)、肉質(zhì)優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)價(jià)位高，是一個(gè)獨(dú)具特色，頗有開發(fā)前景的地方種質(zhì)資源。但福建白兔存在一個(gè)顯著的缺點(diǎn)：生長(zhǎng)速度慢，胴體瘦肉率低，體重輕，影響?zhàn)B殖效益，制約其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

MSTN是一種負(fù)向調(diào)節(jié)骨骼肌的分泌型蛋白，屬于TGF-β超家族的成員之一。動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中，在骨骼肌發(fā)育和生肌節(jié)處通過細(xì)胞表達(dá)MSTN，其決定肌肉纖維的最終數(shù)量。MSTN基因的突變會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物肌肉的異常發(fā)達(dá)，表現(xiàn)為 “雙肌”表型，這在牛[4]、人[5]及鼠[6]上都得到實(shí)驗(yàn)證明。

1 MSTN基因

1.1 MSTN基因的結(jié)構(gòu)特征

MSTN基因編碼的MSTN蛋白序列包含TGF-β超家族的所有標(biāo)志性特點(diǎn)，該蛋白包括一個(gè)分泌信號(hào)序列、蛋白水解處理位點(diǎn)、含有9個(gè)半胱氨酸殘基的保守型羧基末端區(qū)[6]。在動(dòng)物體內(nèi)，MSTN以潛在復(fù)合體的形式進(jìn)行分泌，其分泌形式與其他TGF-β家族成員比較相似，但與BMP/GDF超家族成員的分泌方式有所不同[7-9]，MSTN活化需要對(duì)前體蛋白進(jìn)行兩次蛋白質(zhì)水解切割。第一步切割通過成對(duì)堿性氨基酸蛋白酶家族酶類切除24個(gè)氨基酸的信號(hào)肽[10]；第二步切割是發(fā)生在RSRR(Arg-Ser-Arg-Arg)位點(diǎn)的第240-243氨基酸處，通過BMP1/Tolloid金屬蛋白酶從第一個(gè)氨基酸開始到信號(hào)序列的切割，剩下37640Da的N-末端區(qū)域和12400Da的C-末端區(qū)域，即成熟肽[11]。

1.2 MSTN基因的生物學(xué)功能

比利時(shí)藍(lán)牛和皮埃蒙特牛的雙肌現(xiàn)象就是MSTN突變而造成的[12]，這是MSTN作用的經(jīng)典示例。利用基因敲除技術(shù)產(chǎn)生的MSTN突變純合體小鼠可以存活并繁殖后代，且小鼠體重比雜合體或者野生型小鼠重約30%（與性別、年齡均不相關(guān)），小鼠肌肉明顯肥大，單塊肌肉重量是野生小鼠的2～3倍，但脂肪重量沒有太大變化，骨骼肌纖維數(shù)目比野生型小鼠多，肌肉肥大的原因在于肌細(xì)胞增生和肌纖維的肥大。Mark等[13]將C2C12細(xì)胞與MSTN共培養(yǎng)，細(xì)胞分裂隨著MSTN的增加而降低。Rios等進(jìn)一步證實(shí)MSTN的表達(dá)，MSTN會(huì)下調(diào)MyoD成肌素的mRNA水平以及肌酸激酶的活性，抑制生肌過程[14]。從以上結(jié)論可以得出，MSTN基因是肌肉生長(zhǎng)的負(fù)調(diào)節(jié)因子，如果MSTN缺失或突變會(huì)導(dǎo)致肌肉過度生長(zhǎng)，即雙肌現(xiàn)象。

此外，Alexandra等還證明了MSTN的另一作用，即MSTN缺失對(duì)脂肪沉積起抑制作用[15]。Lin等發(fā)現(xiàn)，MSTN缺失后異常的糖代謝受到部分抑制[16]。Reardon等實(shí)驗(yàn)證明，MSTN是次級(jí)肌纖維的肌萎縮因子[17]。Krik等實(shí)驗(yàn)證明，MSTN對(duì)肌肉再生起負(fù)調(diào)控作用[18]。MSTN基因在感染HIV而導(dǎo)致肌肉萎縮的病人中的表達(dá)高于正常人[19]，這提示我們某些肌萎縮性疾病可能與MSTN基因的表達(dá)量過高有關(guān)。

1.3 MSTN基因的應(yīng)用前景

MSTN作為肌肉生長(zhǎng)發(fā)育的負(fù)調(diào)控因子，受到遺傳學(xué)家、育種學(xué)家及醫(yī)學(xué)家的重視，因?yàn)镸STN活性的抑制可以促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)成肌細(xì)胞的增殖與分化，使肌肉量顯著增加，所以隨著對(duì)MSTN作用機(jī)制及其調(diào)控機(jī)制的深入了解，MSTN基因在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)及醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。

2 MSTN基因在家兔育種上的應(yīng)用前景

家兔是節(jié)糧型草食動(dòng)物，對(duì)我國(guó)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整起著重要作用，在家兔生產(chǎn)中，隨著標(biāo)記輔助選育的應(yīng)用，對(duì)家兔品種的培育產(chǎn)生了積極影響。家兔品種優(yōu)劣直接影響?zhàn)B殖效率和效益，良種問題已成為家兔產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康快速發(fā)展的重要因素。

同時(shí)，由于兔是研究人類疾病的動(dòng)物模型，因此，采用基因打靶的方法生產(chǎn)MSTN基因缺失兔，不但有助于在畜牧業(yè)生產(chǎn)上改良育種，提高胴體瘦肉率，也可以作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型進(jìn)行肌肉萎縮等相關(guān)疾病的研究。