張生偉，高小莉

（1.甘肅省農(nóng)民教育培訓(xùn)工作總站，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

乳房炎是動物機體在環(huán)境、管理、病原微生物、遺傳等各種因素的刺激下，乳腺組織發(fā)生的一種炎癥性反應(yīng)，是所有產(chǎn)奶動物都可發(fā)生的一種疾病，但以牛羊最為常見。乳房炎導(dǎo)致動物產(chǎn)奶量下降、乳品質(zhì)降低，甚至影響動物的繁殖性能。目前，盡管在牛羊乳房炎發(fā)病因素、臨床診斷和抗生素治療等方面取得了一定進展，但牛羊乳房炎致病的分子機理仍不清楚。在畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展進程中，只有利用分子生物學(xué)育種新技術(shù)從遺傳學(xué)角度選育對乳房炎具有抗性的新品種，才是消除乳房炎最有效的方法。

1 SNP技術(shù)在牛羊乳房炎抗性育種中的應(yīng)用

SNP（單核苷酸多態(tài)性）是基因組核苷酸水平上的變異引起的基因組DNA序列多態(tài)性，當前SNP技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物分子育種，具有檢測方便、代表性強和穩(wěn)定遺傳等優(yōu)點[1]。抗菌肽是動物先天性免疫的重要效應(yīng)因子，是機體抵御病原微生物入侵的第一道防線[2]。研究發(fā)現(xiàn)，抗菌肽GNLY基因在不同品種綿羊中存在豐富的多態(tài)性，其GC16中的SNP與綿羊乳房炎的抗性有極大關(guān)聯(lián)，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌及沙門氏菌具有一定的抑制作用[3]。因此，GNLY基因的SNPs主要通過抑制各種病原菌的入侵，抑制牛羊乳房炎的發(fā)生，該基因可作為牛羊乳房炎抗性育種的輔助標記。CACNA2D1基因在動物肌肉生理中起著重要作用，該基因突變會導(dǎo)致一系列動物遺傳性疾病的發(fā)生[4]。王夢琦等[5]利用飛行質(zhì)譜法發(fā)現(xiàn)LF基因5'-UTR區(qū)有2個SNPs，并利用多因素方差分析法對866頭中國荷斯坦奶牛的泌乳性狀和臨床乳房炎發(fā)生次數(shù)進行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LF-131C＞T位點對SCS有極顯著影響。因此，CACNA2D1和LF基因也可用于牛羊乳房炎抗性育種的分子輔助標記。雖然通過檢測分析抗牛羊乳房炎相關(guān)基因的SNPs，可以確定影響牛羊乳房炎的相關(guān)功能基因，提高牛羊乳房炎抗性育種的準確性和時效性。但牛羊乳房炎抗性育種中多基因作用于同一性狀、同一基因的不同等位基因之間的關(guān)聯(lián)性狀的效應(yīng)不同，所以SNP技術(shù)在分子育種中還需進一步研究。

2 通過篩選候選基因進行牛羊乳房炎抗性育種

目前，對于乳房炎候選基因的研究主要集中在奶牛上，研究者通過候選基因篩選，篩選出了HSP70、Toll樣受體家族基因、MHC基因等多個乳房炎抗性基因。在綿羊乳房炎研究中也發(fā)現(xiàn)了一些與其相關(guān)的基因，爾來西肯·賽都力等[6]對湖羊乳房炎發(fā)病率的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，趨化因子及其受體在誘發(fā)炎癥反應(yīng)中起重要作用，可清除病原微生物，修復(fù)組織損傷。CXCR1基因是IL-8的受體之一，李旺平等[7]研究發(fā)現(xiàn)CXCR1基因的mRNA在臨床型綿羊乳房炎的乳腺組織中表達較高，且在miRNAs的作用下，通過與其受體結(jié)合，誘導(dǎo)炎性細胞向病變部位遷移，并發(fā)揮相應(yīng)作用。王夢琦等[8]對奶牛的研究也發(fā)現(xiàn)，CXCR1基因的一個SNP位點816（A＞C）與奶牛臨床乳房炎的發(fā)生次數(shù)顯著相關(guān)，表明該基因可作為牛羊乳房炎抗性育種的關(guān)鍵候選基因。研究發(fā)現(xiàn)，干擾或超表達奶山羊乳腺上皮細胞中的CD36后，下游炎癥反應(yīng)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NF-κB和AP-1被激活，且干擾或者缺失CD36脂肪酸結(jié)合區(qū)域時，GLA在抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中的功能將會減弱，同時影響NF-κB的活性及下游炎性因子的表達[9]。因此，CD36可作為牛羊乳房炎抗性育種的關(guān)鍵基因。李討討等[10]對牛羊乳房炎轉(zhuǎn)錄組結(jié)果的富集分析發(fā)現(xiàn)，TLR1、TLR2、TLR4、TLR7和TLR10基因在牛羊乳房炎發(fā)生過程中均能發(fā)揮作用，因此這些基因可作為牛羊乳房炎抗性育種的關(guān)鍵候選基因進行進一步研究。

在畜牧業(yè)育種實踐中，把牛羊抗乳房炎基因作為遺傳標記進行輔助選擇，可選育出對乳房炎具有強抗病力及產(chǎn)乳量多的個體，不僅能減少治療乳房炎的經(jīng)濟成本，還能增加產(chǎn)乳量，提高養(yǎng)殖效益。但目前很多抗牛羊乳房炎候選基因的具體遺傳機制仍不明確，對其分子標記也知之甚少，對綿羊乳房炎的抗性研究較少，受遺傳因素和環(huán)境因素的影響，牛羊抗乳房炎候選基因的研究工作還存在一定難度。牛羊乳房炎為多基因共同調(diào)控性狀，多個基因之間的相互作用加大了候選基因篩選及抗病育種工作的難度，牛羊乳房炎抗病育種時除了篩選關(guān)鍵候選基因和分子標記輔助選擇外，還需結(jié)合表觀遺傳等其他技術(shù)進行進一步探究。

3 從表觀遺傳學(xué)角度進行牛羊乳房炎抗性育種

研究發(fā)現(xiàn)，基因組含有兩類遺傳物質(zhì)，除了傳統(tǒng)意義上的DNA遺傳信息以外，還有一些基因組DNA的修飾信息，即表觀遺傳調(diào)控。包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA和染色質(zhì)重塑等。很多研究表明，表觀遺傳出現(xiàn)異常調(diào)控與動物炎癥性疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，因此很多學(xué)者開展了表觀遺傳在牛羊乳房炎調(diào)控方面的科學(xué)研究。

在真核生物眾多的表觀調(diào)控中，DNA甲基化作為常見的機制之一，不僅具有個體特異性，還可以穩(wěn)定遺傳，對動物的生產(chǎn)、繁殖及疾病等有重要影響[11]。Song等[12]對奶牛外周血淋巴細胞進行全基因組甲基化和轉(zhuǎn)錄組測序，聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)存在甲基化變化的差異表達基因共58個，其中神經(jīng)調(diào)節(jié)素1（NRG1）、巨噬細胞刺激1（MST1）和N-乙酰轉(zhuǎn)移酶9（NAT9）等基因參與乳房炎感染相關(guān)過程，可作為提高牛乳房炎抗性的分子標記。因此，對牛羊乳房炎抗性基因DNA甲基化的研究，可以為乳房炎抗病育種提供理論依據(jù)。

染色質(zhì)的基本組成單元（核小體）由DNA和組蛋白構(gòu)成，其中組蛋白是染色質(zhì)的核心蛋白質(zhì)，其N-末端氨基酸殘基可通過多種化學(xué)修飾（甲基化、乙?；龋┱{(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄和抑制，在很多腫瘤的生長增殖中起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，如前列腺癌、乳腺癌、肺癌和肝癌等[13]。

miRNA是一類小型、內(nèi)源性的非編碼RNA，是生物基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，參與細胞的生長發(fā)育、分化、凋亡等過程，對機體炎癥免疫調(diào)控具有重要意義，是感染乳房炎期間免疫相關(guān)基因表達水平的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑[14]。Ju等[15]通過Solexa測序的方法分析金黃色葡萄球菌感染乳房炎過程中miRNA的變化情況，共檢測到277個已知miRNA和49個新miRNA，其中有29個差異表達的miRNA可能是影響金黃色葡萄球菌感染乳腺組織后對免疫系統(tǒng)及在乳房炎組織損傷和修復(fù)中起重要作用的調(diào)節(jié)性miRNA。但每個差異表達的miRNA在乳房炎發(fā)生過程中的具體作用并不清楚。因此，鑒定與炎癥和免疫反應(yīng)相關(guān)的miRNA靶基因和與miRNA相關(guān)的SNP，對闡明乳房炎易感性的分子機制至關(guān)重要。miRNA中的SNP及其靶基因結(jié)合位點會影響miRNA的功能，并參與其生物學(xué)過程。

4 展望

當前，應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)在牛羊抗乳房炎性狀的選育研究方面有很大進展，但在牛羊抗乳房炎抗性育種方面仍有很多問題亟待解決。在分子遺傳學(xué)快速發(fā)展的時代，對牛羊乳房炎表型信息具有影響的基因序列也將被逐漸解碼。要綜合考慮表觀遺傳標記和遺傳分子標記雙因素，篩選牛羊乳房炎抗性穩(wěn)定表觀遺傳標記和靶基因，爭取選育出對乳房炎具有較強抗性的牛羊新品系，助力畜牧業(yè)健康高質(zhì)量發(fā)展。