張葉青，曾申明

（中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，北京 100193）

我國是傳統(tǒng)養(yǎng)馬大國，品種資源豐富。2020 年末，我國馬匹存欄量為367.16 萬匹，共有29 個地方品種，13 個培育品種，9 個引進品種[1-2]。近年來，隨著現(xiàn)代馬業(yè)的逐漸興起，與其緊密相關(guān)的體育運動、休閑騎乘、文化旅游、馬產(chǎn)品開發(fā)等新業(yè)態(tài)蓬勃發(fā)展，需要不斷擴大優(yōu)秀馬的群體規(guī)模，以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求[3]。遺傳缺陷是由于染色體或染色體所攜帶的遺傳物質(zhì)發(fā)生異常而導(dǎo)致個體生理狀態(tài)出現(xiàn)不同程度的損害，可引起馬匹身體缺陷或生理功能障礙，進而影響生產(chǎn)、運動性能和生活力，甚至導(dǎo)致死亡，具有垂直傳遞和終生攜帶的特點[4]。根據(jù)誘因不同，遺傳缺陷可分為染色體畸變和基因突變2 種，迄今所發(fā)現(xiàn)的家畜遺傳缺陷大部分由相關(guān)基因突變所致[4]。

遺傳缺陷會大大降低馬的經(jīng)濟價值，同時對優(yōu)秀馬種的繁育和稀有馬種保護帶來較大危害，最終影響整個馬產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。然而，在我國馬的主要先天缺陷及相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，遺傳缺陷的監(jiān)測體系處于空白狀態(tài)。因此，本文將從馬遺傳缺陷的發(fā)展歷程、馬常見單基因遺傳缺陷、國外馬遺傳缺陷檢測技術(shù)和我國馬遺傳缺陷的研究現(xiàn)狀等方面，概述國內(nèi)外馬遺傳缺陷的研究進展，并探討構(gòu)建我國馬群遺傳缺陷監(jiān)測體系、降低遺傳缺陷對我國馬產(chǎn)業(yè)的重要意義。

1 馬遺傳缺陷的發(fā)展歷程

馬遺傳檢測始于20 世紀60 年代，最早采用血液進行親子鑒定[5]。20 世紀70 年代，Hughes 等[6]首次報道了與母馬不育相關(guān)的染色體變異，如XO、XO/XY、XO/XX 和XY 型。隨后，染色體顯帶技術(shù)的應(yīng)用促進了常染色體缺失、3 倍體和染色體易位的鑒定和診斷[7]。1992 年，Rudolph 等[8]首次在分子水平上發(fā)現(xiàn)與馬遺傳缺陷相關(guān)聯(lián)的遺傳標記。此后15 年內(nèi)，人們僅發(fā)現(xiàn)9 種引起馬遺傳缺陷的基因突變[9]。

2007 年，國際馬基因組計劃完成了純血母馬血樣測序工作，并將馬基因組序列草圖數(shù)據(jù)全部存入公共數(shù)據(jù)庫，該參考基因組命名為EquCab2.0[10]。2018年，第2 版的馬基因組組裝草圖宣布完成，命名為EquCab3.0。自馬參考基因組發(fā)布以來，極大地推動了馬遺傳學的研究，對于馬健康和運動性能研究產(chǎn)生了革命性影響，與遺傳缺陷關(guān)聯(lián)的因果突變或高度相關(guān)突變的發(fā)現(xiàn)隨之加速。截至目前，距馬基因組數(shù)據(jù)公布僅14 年，根據(jù)OMIA 的統(tǒng)計，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)馬遺傳缺陷共245 種，其中鑒定為單基因遺傳的共60 種，已闡明分子機制的共46 種，作為人類疾病潛在模型的共計138 種，同時催生了多種分子遺傳學診斷技術(shù)與服務(wù)平臺[11]。

2 馬常見單基因遺傳缺陷

單基因遺傳缺陷是指由一對等位基因控制并符合孟德爾定律遺傳的缺陷。迄今為止，幾乎所有已完全表征的馬遺傳缺陷都屬于單基因遺傳缺陷，雖然數(shù)量相對較少，但對馬的生產(chǎn)性能和生活力產(chǎn)生明顯影響[12]。表1匯總了近年來報道的馬單基因遺傳缺陷[6,13-22]，后文將對5 種常見單基因遺傳缺陷作進一步介紹。

表1 馬常見的單基因遺傳缺陷列表

注：*致病突變位置基于馬參考基因組 EquCab3.0 版本。

2.1 周期性高血鉀性麻痹（Hyperkalemic Periodic Paralysis，HYPP）HYPP 是常染色體單基因顯性遺傳病，HYPP馬由于SCN4A基因發(fā)生錯義突變（c.4248C＞G），導(dǎo)致電壓門控鈉通道α亞基的跨膜結(jié)構(gòu)域IVS3的苯丙氨酸被亮氨酸取代，致使鈉通道的持續(xù)開放與鈉離子持續(xù)內(nèi)流，細胞膜持續(xù)去極化，機體表現(xiàn)出非自主性肌肉痙攣[23]。HYPP 典型癥狀包括肌肉痙攣、無力或麻痹，患病馬通常由于上呼吸肌麻痹而呼吸困難，嚴重時可因窒息或心力衰竭而猝死。HYPP 臨床癥狀常見于2～3 歲幼駒，因發(fā)作時間較短（通常持續(xù)15～60 min）而被忽視。在一項SCN4A 基因突變起源研究中，所有HYPP陽性夸特馬均可追溯至一匹1969 年出生的夸特種公馬“IMRESSIVE”[24]。在1992—1995 年的一項研究中，對收集2 萬多份夸特馬樣本進行HYPP 的基因檢測，發(fā)現(xiàn)雜合突變個體占36%，純合突變個體占1%[25]。

2.2 糖原分支酶缺乏癥（Glycogen Branching Enzyme Deficiency，GBED）GBED 是一種常染色體單基因隱性遺傳病，GBED 馬由于GBE1基因發(fā)生無義突變（c.102C＞A），導(dǎo)致原編碼酪氨酸的密碼子TAC 轉(zhuǎn)變?yōu)榻K止密碼子TAA，引起功能性糖原分支酶（GBE）失活，導(dǎo)致功能性糖原無法在肌肉和肝臟中儲存，機體供能不足而衰竭死亡[26]。GBED 臨床癥狀包括母馬妊娠末期流產(chǎn)，初生馬駒通常體溫過低、呼吸衰竭、肢體畸形及猝死，多數(shù)在出生后8 周內(nèi)施與安樂死，純合個體無法活過18 周。在美國，1.3%～3.8% 夸特馬及其相關(guān)馬種的流產(chǎn)與GBED 相關(guān)[27]。此外，夸特馬及其相關(guān)馬種是GBED 的高發(fā)群體，GBED 在夸特馬和花馬的雜合率分別為8.3%和7.1%[28]。

2.3 I 型多糖貯積性肌?。≒olysaccharide Storage Myopathy 1，PSSM1） PSSM1 是一種常染色體單基因半顯性遺傳病，PSSM1 馬由于GYS1基因發(fā)生錯義突變（c.926G＞A），引起糖原合成酶（GS）高度保守區(qū)域發(fā)生精氨酸到組氨酸的替代（p.R309H），導(dǎo)致骨骼肌內(nèi)糖原異常積累，出現(xiàn)橫紋肌溶解癥[29]。PSSM1 馬的臨床癥狀因嚴重程度而異，包括肌肉麻痹、疼痛、步態(tài)異常、無法站立、急性橫紋肌溶解和肌紅蛋白尿等，嚴重時可威脅生命，雜合個體出現(xiàn)中度癥狀。

最早對于PSSM 的報道可追溯至1932 年，役用馬在休息后突然使役，出現(xiàn)橫紋肌溶解癥狀。2008 年，McCue 等[29-30]報道GYS1突變至少存在于17 個品種，在挽馬（87%）和夸特馬及其相關(guān)品種（72%）中發(fā)病率較高，并推測GYS1突變可能源于1200～1500 年前，即現(xiàn)代品種分化之前。然而，在某些情況下，PSSM 表型與GYS1-R309H 突變無關(guān)，但發(fā)生機理尚不清楚，這類癥狀稱為PSSM2。

2.4 惡性高熱（Malignant Hyperthermia，MH） MH是一種常染色體單基因顯性遺傳病，MH 馬由于RYR1基因發(fā)生錯義突變（c.7360C＞G），導(dǎo)致骨骼肌肌漿網(wǎng)ryanodine 受體（鈣釋放通道）出現(xiàn)異常，鈣離子過度釋放至肌漿，進而引發(fā)一系列臨床癥狀，導(dǎo)致機體進入致命性高代謝亢奮狀態(tài)[31]。通常，易感馬匹在某些誘因作用下，如吸入揮發(fā)性麻醉劑、去極化肌肉松弛劑或應(yīng)激條件下可出現(xiàn)MH[29]。MH 典型臨床癥狀包括肌肉痙攣，體溫快速升高（＞40℃），心跳過快，心律不齊，呼吸急促，肌肉痙攣，其他癥狀包括高碳酸血癥、乳酸中毒和高鉀血癥等，多數(shù)情況下致死。如果MH 馬患有PSSM1 突變時，將會導(dǎo)致更為嚴重的臨床癥狀。

2.5 馬皮膚彈力過度綜合征（Hereditary Equine Regional Dermal Asthenia，HERDA）HERDA 是一種常染色體單基因隱性遺傳病，HERDA 馬由于PPIB基因發(fā)生錯義突變（c.115G＞A），導(dǎo)致在脊椎動物嚴格保守區(qū)域內(nèi)發(fā)生谷氨酸被甘氨酸取代（p.39G＞R）。HERDA 馬臨床癥狀包括皮膚過度伸展、瘢痕形成，沿背部形成血清瘤、血腫和潰瘍。患病馬通常在裝備鞍具訓練后發(fā)現(xiàn)，發(fā)生概率及嚴重程度隨年齡增長而增加，影響涉及全身組織，包括眼結(jié)膜、血管和心臟等[32]。通常HERDA 馬在1.5～2 歲時出現(xiàn)臨床癥狀，由于無法治療，可迅速惡化[32]。有數(shù)據(jù)表明，3.5%已注冊登記夸特馬和28.3%的用于截牛的馬匹是HERDA 隱性攜帶者[33]。

3 國外馬遺傳缺陷檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

過去，馬遺傳缺陷檢測方法與一般疾病診斷類似，即對病史、癥狀和體征進行分析，屬于“由果溯因”型[34]。多數(shù)遺傳缺陷具有一系列臨床癥狀，有的由部分癥狀組成特有的癥候群，根據(jù)特征性臨床癥狀和癥候群可初步診斷[35]。由于遺傳缺陷與其他疾病的最大區(qū)別在于患病個體遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，這種改變將按照遺傳規(guī)律在世代間傳遞，因此，準確檢測遺傳突變是判斷疾病發(fā)生的關(guān)鍵。一般單基因遺傳缺陷遵照孟德爾遺傳規(guī)律，臨床上常應(yīng)用系譜分析法即可判斷[36]。多基因遺傳缺陷的病因較復(fù)雜，遺傳分析方法主要包括連鎖分析、關(guān)聯(lián)研究和動物模型的多基因分析等[37]。然而，遺傳病通常具有發(fā)作延遲、外顯不全等特點，且易于其他疾病混淆，對診斷人員的專業(yè)能力、實操經(jīng)驗等要求較高。因此，有的遺傳病僅憑臨床檢測不能確診，只能提示遺傳病的可能，一般無法診斷隱性雜合個體，確診還必須開展進一步的實驗室診斷。

隨著馬參考基因組序列的公布和基因組學技術(shù)的迅猛發(fā)展，馬遺傳缺陷檢測技術(shù)由傳統(tǒng)表型診斷向現(xiàn)代分子診斷轉(zhuǎn)變，標志著馬疾病診斷逐步邁入精準醫(yī)療時代[38]。目前，馬遺傳缺陷檢測主要方法包括核型分析、基因芯片、聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）及其衍生技術(shù)和基因測序等。全球越來越多的公司或?qū)嶒炇姨峁z測服務(wù)，截止2020 年，21 種遺傳缺陷可進行商業(yè)檢測[39]，通常由馬主自行采集馬毛或血液后送至檢測機構(gòu)進行檢測。在馬業(yè)發(fā)達國家，一些品種登記機構(gòu)通常不強制要求檢測遺傳病。但近年來，隨著部分遺傳缺陷的發(fā)病率和死亡率呈現(xiàn)增高的趨勢，越來越多的登記機構(gòu)委托相關(guān)公司對特定品種的高發(fā)性遺傳缺陷進行檢測，其中包括美國夸特馬協(xié)會（American Quarter Horse Association，AQHA）、美國花馬協(xié)會（American Paint Horse Association，APHA)、美國比利時重挽馬公 司（Belgian Draft Horse Corporation of America）、康尼麻拉馬繁育者協(xié)會（Connemara Pony Breeders'Society）、費爾小型馬協(xié)會（Fell Pony Society）、威斯特法倫溫血馬協(xié)會（Westfalen Warmblood）、德國乘用小型馬協(xié)會（Germany Riding Pony）、北美皇家荷蘭溫血馬協(xié)會（Royal Dutch Warmblood Association of North America）和新森林小型馬育種與畜牧協(xié)會（New Forest Pony Breeding and Cattle Society）等[35]。其中，AQHA 規(guī)定自2015 年1 月1 日起，所有種馬在登記前必須進行HYPP、GBED、PSSM1、HERDA、MH5 種遺傳缺陷檢測。

由于基因測試受限于專利，專利權(quán)人可以采取不同形式的專利實施許可，因此，不同檢測機構(gòu)提供的檢測項目有所差異。馬主如果想檢測多種遺傳缺陷，則需將樣本送至具有專利許可的檢測機構(gòu)。盡管越來越多的檢測機構(gòu)提供基因檢測，但目前尚無管理機構(gòu)批準測試或?qū)@些檢測機構(gòu)進行質(zhì)量管控[40]。隨著馬遺傳缺陷檢測需求的增加，獨家許可的專利將促使基因測試形成功能性壟斷，導(dǎo)致檢測成本升高[41]。此外，大多數(shù)檢測機構(gòu)僅提供單基因遺傳缺陷檢測，而由多基因引起的復(fù)雜缺陷檢測機構(gòu)寥寥無幾，但這些復(fù)雜遺傳缺陷通常具有更顯著的負面影響，如骨軟骨炎（Osteochondrosis）。

4 我國馬遺傳缺陷的研究現(xiàn)狀

當前，發(fā)現(xiàn)致病基因的國際競爭非常激烈，多種遺傳缺陷被發(fā)現(xiàn)并在多個品種中得到驗證。然而，長期以來，我國馬遺傳缺陷研究匱乏、基礎(chǔ)較差，且主要出生缺陷、遺傳缺陷等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，加之馬群分布地域廣、妊娠時間長及系譜記錄不全，以及遺傳缺陷具有延遲外顯、外顯不全或個體間表型存在差異等特征，致使我國發(fā)現(xiàn)馬致病基因數(shù)量為0，馬遺傳缺陷檢測覆蓋品種為0，養(yǎng)馬業(yè)主要遺傳缺陷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏。

由于相關(guān)遺傳缺陷研究的缺乏，對于此類疾病研究與防治只關(guān)注個體本身，并未進行遺傳機制探索，致使多數(shù)遺傳缺陷被忽視。以馬麻痹性肌紅蛋白尿為例，該病是一種營養(yǎng)代謝病，在我國馬群中普遍發(fā)生。1989 年，鐵嶺種畜場的役馬、種公馬常發(fā)生馬麻痹性肌紅蛋白尿，共計發(fā)病48 例[42]。2010 年，馬德禮報告大灘地區(qū)“賽馬會”中賽馬麻痹性肌紅蛋白尿發(fā)病率達13.33%[43]。2020 年，李秀春[44]報告馬麻痹性肌紅蛋白尿病22 例。患病馬通常因食用精料過多，一旦停止使役而未及時減料，幾天后再恢復(fù)使役時，出現(xiàn)后肢麻痹及血紅蛋白尿等癥狀，與PSSM 典型癥狀基本符合[26]。然而，對該病因最普遍的認知是肌原性自體中毒說，尚未探討其中遺傳因素[45]。此外，我國馬種登記還未全面開展疾病檢測，進口檢疫的重點是防止傳染病和寄生蟲病傳入，對遺傳疾病的危害還沒有引起足夠重視。

一些遺傳突變起源古老，分布于多個品種，如PSSM、HYPP 等，部分突變基因可能在馬匹雜交中傳入本土品種。歷史上，我國曾開展3 次馬匹大規(guī)模改良工作，與境外馬匹交流頻繁。在漢代，為改良提高我國蒙古馬身體素質(zhì)，漢武帝大批引入汗血馬；唐代引入20 多種不同類型的國內(nèi)、外馬種雜交育成“唐馬”；建國后至20 世紀80 年代，我國大批引入國外種馬，全面開展馬匹大改良工作[46]。近期研究支持了中國家馬源自于境外引進種馬和本土野馬進化的假說[47]。因此，不排除部分遺傳缺陷已導(dǎo)入我國本土馬種的可能。

5 小 結(jié)

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，現(xiàn)代馬產(chǎn)業(yè)逐漸興起，并已成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟和體育產(chǎn)業(yè)一個新的增長點[3]。遺傳缺陷不僅影響馬匹正常使用，而且影響諸多社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。盡管飼養(yǎng)患病馬匹的損失隨著飼養(yǎng)成本和疾病類型不同而有所差異，但對依靠繁育馬駒獲得收益的從業(yè)者損失巨大。在良種繁育、瀕危品種保護中，一旦出現(xiàn)遺傳缺陷基因攜帶馬匹，將造成不可估量的間接損失。此外，隨著馬群規(guī)模的持續(xù)減小、近交系數(shù)不斷上升，遺傳缺陷出現(xiàn)的比例可能更高，如果不加以檢測和淘汰，其對我國馬業(yè)健康與可持續(xù)發(fā)展極為不利。

隨著我國馬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高對馬遺傳缺陷基礎(chǔ)研究的重視，開展馬遺傳缺陷檢測技術(shù)研發(fā)已迫在眉睫。盡管遺傳缺陷發(fā)病率較低，但從長遠來看，有效阻斷有害突變的擴散是保證馬匹健康和福利、提高繁殖力和提升馬匹質(zhì)量的必要手段?，F(xiàn)代馬業(yè)更加關(guān)注馬匹的個體健康和運動性能，有害基因突變檢測將是未來產(chǎn)業(yè)不可缺少的環(huán)節(jié)。此外，隨著馬基因組學研究的不斷深入，如何因地制宜構(gòu)建我國馬群遺傳缺陷檢測體系，闡明孟德爾遺傳病和多種復(fù)雜疾病的分子機理，降低遺傳缺陷發(fā)病率，將是馬遺傳缺陷基礎(chǔ)應(yīng)用研究和我國馬業(yè)質(zhì)量效益競爭力提升的重要方向。