呂小青，楊宇澤，劉林，李厚誠，鄭偉杰，趙鳳，趙春穎，常卓，路永強(qiáng)

（1.北京奶牛中心，北京 100192；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶牛遺傳育種重點(diǎn)實驗室，北京 100192；3.北京市畜牧總站，北京 100101，4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京 100193）

奶業(yè)的發(fā)展對促進(jìn)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，改善國民膳食結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)民收入及增強(qiáng)國民體質(zhì)作出了重要貢獻(xiàn)。對于我國奶業(yè)未來的發(fā)展方向，除了確保安全外，還應(yīng)該在安全的基礎(chǔ)上提高品質(zhì)，把優(yōu)質(zhì)作為重要的發(fā)展方向。乳蛋白與乳脂肪的含量與組成是構(gòu)成牛奶重要營養(yǎng)品質(zhì)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，它既涉及質(zhì)量安全，又是奶業(yè)核心競爭力的標(biāo)志。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了分子畜種技術(shù)的應(yīng)用，奶牛泌乳關(guān)鍵基因與乳品質(zhì)的關(guān)系始終是奶牛營養(yǎng)和牛奶品質(zhì)研究的重要基礎(chǔ)科學(xué)問題。

近年來，探索牛奶營養(yǎng)品質(zhì)形成過程中的關(guān)鍵基因越來越受到重視，本文綜述了與奶牛乳脂肪和乳蛋白合成過程有關(guān)的7個重要候選基因，為后續(xù)應(yīng)用于奶牛育種提供參考。

1 與乳脂乳蛋白性狀有關(guān)的重要候選基因

1．1 甘油二酯?；D(zhuǎn)移酶（diacylglycerol acyltransferase1,DGAT1）基因

DGAT1是一種完整的細(xì)胞膜酶，能夠催化?；妮o酶A和二酰甘油合成甘油三酯，是控制甘油三脂合成的關(guān)鍵酶。牛的DGAT1基因長約8.6kb，有17個外顯子和16個內(nèi)含子，編碼489個氨基酸，與人、鼠、豬的基因結(jié)構(gòu)基本相同，其定位于牛14號染色體上。據(jù)Grisart等的報道，奶牛DGAT1基因第8外顯子發(fā)生了一個由AA到GC的非保守雙替換突變，其導(dǎo)致第232位的賴氨酸-丙氨酸突變（K232A）[1,2]，該突變可顯著影響不同牛群的牛奶組成和產(chǎn)奶量[3～5]。王凱等發(fā)現(xiàn)，荷斯坦牛 DGAT1基因K232A突變對泌乳性能的影響主要是通過改變DGAT1蛋白的保守功能域，引起甘油二酯?；D(zhuǎn)移酶的活性變化，從而影響DGAT1的蛋白表達(dá)水平[6]。

此外，DGAT1-K232A多態(tài)性與荷蘭荷斯坦-弗里西亞牛、意大利布朗牛、荷斯坦雜交牛和德國荷斯坦牛的乳脂肪酸組成密切相關(guān)[7]。DGAT1基因敲除會顯著降低BMECs中TG含量。Lu等的研究表明DGAT1在牛乳腺組織甘油三酯合成中具有重要作用，通過RNA干擾DGAT1基因表達(dá)可顯著降低牛乳腺上皮細(xì)胞中甘油三酯的含量[8]，進(jìn)一步證實了DGAT1在乳脂合成中的重要作用。

目前DGAT1-K232A位點(diǎn)為國際公認(rèn)的奶牛產(chǎn)奶性狀主效基因，其與牛奶品質(zhì)密切相關(guān)，因此通過選留攜帶等位基因C/G的個體和淘汰攜帶等位基因A的個體，可顯著改善后代奶牛群體的乳品質(zhì)。

1．2 脂肪酸合成酶(Fatty acid synthase,FASN)基因

脂肪酸合成酶是一種多功能復(fù)合酶，催化細(xì)胞內(nèi)脂肪酸的從頭合成，是體內(nèi)脂肪酸合成中的一個關(guān)鍵酶，在所有動物的脂質(zhì)合成和代謝中起著關(guān)鍵作用，能夠催化乙酰CoA和丙二酰CoA生成長鏈脂肪酸[9,10]。牛FASN基因長約2.0kb，有3個轉(zhuǎn)錄本， 定位于19號染色體。

李聰?shù)仍?52頭中國荷斯坦牛中對FASN基因進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)有9個SNP位點(diǎn)與脂肪酸性狀相關(guān)，其中外顯子39上一個SNP g.17924A>G導(dǎo)致蘇氨酸（ACC）與丙氨酸（GCC）的替換。對中國荷斯坦牛乳脂肪酸GWAS的研究表明，F(xiàn)ASN主要影響荷斯坦牛C10:0、C12:0、C14:0等中鏈飽和脂肪酸[11]。Morris等研究發(fā)現(xiàn)（g.763G>C）中的G>C替換改變潛在的Sp1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，以及外顯子34（g.16009A>G）中的A>G替換，是丙氨酸對蘇氨酸的非保守替換，這兩個SNPs與荷斯坦牛高、低乳脂肪含量顯著相關(guān)[12]。Schennink 等對1 905頭荷蘭荷斯坦牛群研究發(fā)現(xiàn)有2個顯著SNPs——FASN（g.16024G>A）和FASN（g.17924A>g），其中后者對乳脂率有顯著影響（P<0.05）[13]。Laura等報道了牛FASN 5'側(cè)翼區(qū)的一個SNP（g.763G>C），與奶牛的乳脂含量顯著相關(guān)，SNP改變通過牛FASN啟動子的體外活性和序列的Sp1/Sp3結(jié)合能力，從而影響乳脂含量[14]。綜合以上研究，F(xiàn)ASN基因是乳脂性狀的重要候選基因。

1．3 果糖二磷酸酶2（fructose-bisphosphatase 2,FBP2）基因

FBP2基因編碼糖異生調(diào)控酶，參與碳水化合物前體到糖原的合成，表達(dá)產(chǎn)物參與己糖、葡萄糖和單糖的代謝過程以及碳水化合物的生物合成與糖異生。

牛的FBP2基因長約4.3kb，有7個外顯子和6個內(nèi)含子，定位于奶牛8號染色體上。李茜等報道FBP2基因共發(fā)現(xiàn)11個SNPs，其中5'調(diào)控區(qū)7個，3'調(diào)控區(qū)4個，這些位點(diǎn)均與乳蛋白量性狀達(dá)到顯著或極顯著關(guān)聯(lián)，大部分位點(diǎn)的加性效應(yīng)和等位基因替代效應(yīng)顯著[15]。Ibeagha采用RNA測序技術(shù)研究了添加5%亞麻籽油和5%紅花油后奶牛乳腺轉(zhuǎn)錄組的變化，結(jié)果表明兩種處理FBP2基因表達(dá)上調(diào)2倍以上，提示FBP2是乳脂性狀的潛在候選基因[16]。

FBP2基因主要影響中國荷斯坦牛的乳蛋白性狀，同時對產(chǎn)奶量和乳脂具有一定效應(yīng)。

1．4 轉(zhuǎn)錄延伸因子 1D（eukaryotic translation elongation factor 1 delta，EEF1D ）基因

牛的EEF1D基因全長12kb，由8個外顯子和7個內(nèi)含子組成，定位于14號染色體上，mRNA全長1 163bp，共編碼280個氨基酸。根據(jù)生物信息學(xué)分析該基因的潛在功能主要為：參與信號傳導(dǎo)激活，翻譯延長因子激活。

Jiang等對中國荷斯坦牛產(chǎn)奶性狀全基因組進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)105個產(chǎn)奶性狀顯著關(guān)聯(lián)SNPs[17]。Xie等通過組織表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)，EEF1D基因在乳腺組織中表達(dá)量明顯高于其他組織，初步確定為奶牛產(chǎn)奶性狀的候選基因[18]。

張娟等對中國荷斯坦牛EEF1D與產(chǎn)奶性狀的關(guān)聯(lián)分析中檢測到2個SNPs，即EEF1D-1和EEF1D-3 位點(diǎn)，均與305d產(chǎn)奶量、乳脂率和乳蛋白量達(dá)到顯著或極顯著關(guān)聯(lián)，2個位點(diǎn)中GG型個體均顯著高于其他基因型，通過篩選GG型個體可進(jìn)行分子標(biāo)記選擇[19]。

1．5 β-酪蛋白（CSN2）基因

奶牛中β-酪蛋白變體主要有7種（A1、A2、A3、B、C、I和E），由多種類型的CSN基因編碼，A2變異被認(rèn)為是最古老的變異，編碼A2 β-酪蛋白的基因被命名為CSN2基因。該基因全長約8.7kb，由8個外顯子和7個內(nèi)含子組成，定位于牛的6號染色體上。Fontanesi等對800頭意大利荷斯坦公牛的研究表明，CSN2基因的3個SNPs（rs43703011、rs109299401和rs43703013 ）顯著影響乳蛋白量及乳蛋白率[20]。Zhou等對614頭中國荷斯坦牛的9個乳蛋白組成性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)CSN2基因?qū)δ膛Ｈ榈鞍捉M成有著重要的影響[21]。

牛乳中可能含有兩種β-酪蛋白：A1和A2型。其主要差別是由于一個堿基的突變（A→C）引起第67位氨基酸的變異，CAT編碼組氨酸，CCT編碼脯氨酸[22,23]。新西蘭A2公司自2000年開始生產(chǎn)和銷售A2品牌的乳制品，目前國內(nèi)多家奶源基地篩選出了β-酪蛋白A2型牛群[24]。

1．6 K-酪蛋白（CSN3）基因

牛屬動物的κ-酪蛋白基因CSN3對蛋白質(zhì)合成和酪蛋白微膠粒的穩(wěn)定起重要作用，在奶酪制作中具有重要意義，是凝乳酶的天然底物。

牛的CSN3基因全長約13kb，由5個外顯子和4個內(nèi)含子組成，定位于6號染色體上。共發(fā)現(xiàn)有11種變異體，最常見的兩個遺傳變異體是A和B。A的兩位點(diǎn)分別為Thr和Asp，而B為Ile和Ala，相應(yīng)的核苷酸替換分別為ACC→ATC 和GAT→GCT[25]。

Alim等用DNA混合測序法分析了507頭中國荷斯坦牛k-酪蛋白基因多態(tài)性，共鑒定出6個SNPs，發(fā)現(xiàn)三個非同義SNPs（g.10888T>C、g.10924C>A和g.10944A>g）。在單倍型相關(guān)分析中，已鑒定的SNP與三個產(chǎn)量性狀（乳、蛋白質(zhì)和脂肪）和兩個組成性狀（脂肪和蛋白質(zhì)百分比）之間存在顯著的相關(guān)性。結(jié)果表明，CSN3是影響奶牛產(chǎn)奶性狀的重要候選基因，所鑒定的多態(tài)性和單倍型可作為奶牛產(chǎn)奶性狀的重要遺傳標(biāo)記[26]。

Fontanesi 等的研究表明，CSN3基因的1個SNP（g.87390573C＞T）顯著影響乳蛋白率[20]。CSN3基因的表達(dá)有利于提高牛奶蛋白質(zhì)產(chǎn)量，有利于保持牛奶蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性[27]。

1．7 β-乳球蛋白（BLG）基因

β-乳球蛋白（beta-lactoglobulin）是牛奶乳清蛋白的主要成分，是由牛乳腺上皮細(xì)胞合成分泌的一種生物活性物質(zhì)。編碼β-乳球蛋白的基因被稱為BLG基因。牛的BLG基因全長約4.7kb，由7個外顯子和6個內(nèi)含子組成，定位于11號染色體上，由162個氨基酸組成。該基因發(fā)現(xiàn)共有11種變構(gòu)體，其中A和B是最主要的兩種，不同變構(gòu)體對牛奶乳組分、性質(zhì)和產(chǎn)量均有不同的影響[28,29]。

據(jù)Fontanesi等報道，BLG基因的3個SNPs（rs41255679、rs110066299和rs109625649）對產(chǎn)奶量和乳蛋白量有顯著效應(yīng)。Tsiaras 等對278頭荷斯坦牛兩個泌乳期的參數(shù)進(jìn)行了估計，結(jié)果表明，具有不同BLG位點(diǎn)的乳產(chǎn)量（AB>AA）、脂肪產(chǎn)量（BB和AB>AA）、脂肪含量（BB>AA和AB）、乳糖產(chǎn)量（AB>AA）和蛋白質(zhì)產(chǎn)量存在顯著差異[30]，AA基因型控制表達(dá)的乳球蛋白在乳清蛋白中的比率比BB基因型高[31]。

2 小結(jié)

目前，我國對牛奶的需求已經(jīng)向“優(yōu)質(zhì)奶”方向轉(zhuǎn)變，優(yōu)質(zhì)奶主要包括兩方面內(nèi)涵：首先，乳蛋白作為牛奶的主要營養(yǎng)成分，其含量直接決定了牛奶營養(yǎng)價值的高低，同時高乳蛋白率（量）對牛奶價格起直接決定作用。其次，高乳脂率（量）牛奶中乳脂含量，如果飽和脂肪酸含量較高的話，可能會降低牛奶的品質(zhì)。因此，篩選高不飽和脂肪酸及高蛋白奶牛群體是我國今后奶牛育種的重要目標(biāo)之一。

采用常規(guī)育種技術(shù)也能逐步實現(xiàn)高蛋白高不飽和脂肪酸群體的選擇，但世代間隔長、效率低、進(jìn)展慢；而通過挖掘鑒定影響奶牛乳成分性狀的關(guān)鍵基因或致因突變，并通過候選基因分子標(biāo)記篩選高品質(zhì)群體將是行之有效的策略。