■ 韓 翠 閻明毅 張強(qiáng)龍 吳 森*

（1.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海西寧 810016；2.青海省高原家畜遺傳資源保護(hù)與創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部青藏高原畜禽遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016）

角作為反芻動(dòng)物的重要特征，是一個(gè)關(guān)鍵的組織器官[1]。角對(duì)野生動(dòng)物非常重要，是進(jìn)行自我保護(hù)的工具，但對(duì)于家養(yǎng)動(dòng)物來說，角不僅易造成家畜創(chuàng)傷和工作人員受傷，它的形成也需要消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)。有研究表明，安徽白山羊在初始體重、飼喂條件一致時(shí)，從1 月齡開始無角白山羊體重大于有角白山羊，且兩者之間的差距越來越大，在10月齡時(shí)，無角白山羊體重比有角白山羊平均大1.97 kg[2-4]。在現(xiàn)代畜牧業(yè)養(yǎng)殖中，給幼年牛羊去角已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，在便于管理的同時(shí)更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值[5-6]。牛羊角表型具有豐富的多態(tài)性：一般公畜具有大角；母畜有小角或無角；山羊有角而綿羊無角或小角；牦牛、藏羊等特殊類群，無論公母均生有1 對(duì)大角，部分特殊品種，如泗水裘皮羊生有2 對(duì)（4 只）角。牛羊角具有不同表型特征，為研究角遺傳特性提供了很多的素材，是多年來的研究熱點(diǎn)，相關(guān)研究也幫助人類育成眾多適應(yīng)于現(xiàn)代化高效養(yǎng)殖生產(chǎn)模式的無角型動(dòng)物品種，如無角陶賽特羊、無角阿什旦牦牛等，極大程度上推動(dòng)了現(xiàn)代畜牧業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

1 角的作用

牛羊品種有不同的角表型，在很多現(xiàn)代生產(chǎn)品種中，為了方便飼喂管理，牛羊是沒有角的。從動(dòng)物育種以及進(jìn)化的角度來看，角是一個(gè)特殊存在的特征。角不僅在對(duì)抗捕食者時(shí)可進(jìn)行自我防范，在雄性的選擇性競(jìng)爭(zhēng)中也起著重要作用。在現(xiàn)代規(guī)?；曫B(yǎng)條件下，角會(huì)導(dǎo)致牛羊間頻繁的碰傷現(xiàn)象，甚至?xí)绊懫埖钠焚|(zhì)以及羊的增重，容易發(fā)生疾病感染[7-8]。從飼料轉(zhuǎn)化率方面來講，一對(duì)大角需要消耗很多的營養(yǎng)物質(zhì)，在冬季可能消耗更多的體能；而無角牛羊則不會(huì)因角去耗費(fèi)大量營養(yǎng)物質(zhì)，較有角的品種表現(xiàn)出生長發(fā)育快、體格碩大、增重較快。有研究發(fā)現(xiàn)，相較于有角哈薩克羊，1 歲及2 歲無角哈薩克羊體重分別增加2.3、1.8 kg；1、2、3、5 歲無角哈薩克羊胸圍也分別增加2.3、2.3、2.5、3.3 cm；2、3、5 歲無角哈薩克羊胸深比有角哈薩克羊胸深分別增加1.3、2.0、2.8 cm[9]。也不會(huì)因角斗而發(fā)生傷殘，更不易破壞圍欄等設(shè)施，便于現(xiàn)代化養(yǎng)殖管理[10]。盡管目前育種界認(rèn)為牛羊的生產(chǎn)性能與角有無并沒有直接相關(guān)性，但因便于養(yǎng)殖管理，無角品系已成為發(fā)展趨勢(shì)，無角牛羊培育也成為當(dāng)今世界反芻動(dòng)物育種的熱點(diǎn)課題[11-12]。

在現(xiàn)代化的集群飼養(yǎng)環(huán)境條件下，角不僅是加大種群生產(chǎn)成本的原因，而且有可能在人工管理時(shí)對(duì)人員造成傷害，成為潛在危險(xiǎn)源。目前牛羊角型控制基因受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，有研究證實(shí)已從諸多候選基因中篩選出主效控制基因。因此，培育出無角牛羊?qū)?huì)為反芻動(dòng)物的現(xiàn)代化集約飼養(yǎng)管理做出重大的貢獻(xiàn)。

2 角性狀遺傳機(jī)理研究現(xiàn)狀

2.1 牛角性狀研究現(xiàn)狀

牛角是?？苿?dòng)物特有的組織結(jié)構(gòu)。在男耕女織的原始生產(chǎn)勞動(dòng)過程中，牛角是對(duì)牛牽制的基礎(chǔ)，所以牛角是一種特殊且不可缺少的勞動(dòng)生產(chǎn)力。自進(jìn)入現(xiàn)代規(guī)?；叙B(yǎng)殖后，有角容易發(fā)生群內(nèi)爭(zhēng)斗和飼養(yǎng)人員喂食時(shí)被誤傷等情況，造成了動(dòng)物之間互相傷害及養(yǎng)殖場(chǎng)無法妥善管理。所以，目前很多養(yǎng)牛場(chǎng)將犢牛去角，人工去角增加了養(yǎng)殖成本，同時(shí)容易引起犢牛的一系列應(yīng)激反應(yīng)，是一種違背動(dòng)物福利且浪費(fèi)人力物力的行為[13-14]。根據(jù)生物學(xué)分類，牛角屬于洞角，在不同的個(gè)體和品種中強(qiáng)度和長度都存在差異。角的發(fā)育較早，是在出生后才慢慢形成的；牛角是質(zhì)量性狀，遺傳方式為多基因遺傳。無角牛品種的培育是近年來牛遺傳育種的主要方向之一。

牛的無角位點(diǎn)定位在1 號(hào)染色體上，將其范圍縮小到著絲粒區(qū)域[15-16]。在該區(qū)間陸續(xù)發(fā)現(xiàn)4個(gè)不同的無角突變。第一個(gè)突變發(fā)現(xiàn)在歐洲牛品種中，Celtic POLLED（PC）突變，是一個(gè)202 bp 的插入-缺失復(fù)合體，通過基因克隆得到了無角表型的犢牛[17-18]。第二個(gè)突變發(fā)現(xiàn)是與荷斯坦牛無角表型相關(guān)的候選突變，該突變與PC突變不重組也不影響，稱為Friesian POLLED（PF）突變，是一段80 kb 的重復(fù)序列，且無角荷斯坦牛并不攜帶PC突變[19-20]。第三個(gè)突變?cè)趦?nèi)洛爾瘤牛中發(fā)現(xiàn)，Guarani POLLED（PG）突變，是一段110 kb的重復(fù)片段，且無角基因型來自普通牛[21]。第四個(gè)突變是Mongolian POLLED（PM）突變[22]，在蒙古牦牛和蒙古牛中發(fā)現(xiàn)，蒙古牦牛的無角突變定位在POLLED位點(diǎn)800 kb 長的區(qū)域，有2 個(gè)基因型，在牛科動(dòng)物中完全保守。對(duì)胎兒期90 d PC變異區(qū)域的基因表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有無角表型的角芽組織中RXFP2基因存在顯著差異[23]。對(duì)150 d的胎兒角組織和無角表型角芽部位進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)OLIG1、OLIG2、RXFP2、GCFC1和FOXL2表達(dá)差異是顯著的，對(duì)胎兒期70～170 d 角組織進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)RXFP2、FOXL2有角表型都高于無角表型，但差異并不顯著。對(duì)全基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）檢測(cè)發(fā)現(xiàn)控制我國蒙古牛無角性狀的突變新基因型——P219ID。

在牛無角性狀的研究中，目前將牛無角的主效控制基因定位在1 號(hào)常染色體上，并發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記與1號(hào)常染色體相關(guān)。對(duì)1號(hào)常染色體繼續(xù)精確定位，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)新的標(biāo)記位點(diǎn)比較有意義。牦牛角性狀候選基因的表達(dá)研究發(fā)現(xiàn)，候選基因在有角和無角牦牛的角基和皮膚間相對(duì)轉(zhuǎn)錄水平差異不顯著。通過有無角?；蚍治觯糠譄o角基因在3、5、18 號(hào)染色體上表達(dá)差異比較大，由此推斷牛角性狀的關(guān)鍵候選基因可能是OLIG2和FOXL2[24]。

2.2 羊角性狀研究現(xiàn)狀

2.2.1 山羊無角性狀研究

我國山羊的養(yǎng)殖歷史悠久，早在夏商時(shí)代就出現(xiàn)關(guān)于羊的文字記錄[25]。近年來飼養(yǎng)方式逐步改進(jìn)，集約管理化養(yǎng)羊業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。山羊適應(yīng)性強(qiáng)、繁殖率高、易管理，在我國農(nóng)牧區(qū)廣泛養(yǎng)殖。改革開放以來，山羊業(yè)迅速發(fā)展，并取得了一定的成就。但由于生態(tài)環(huán)境受到破壞，使內(nèi)蒙古、遼寧、新疆等山羊的飼養(yǎng)地區(qū)實(shí)施了一系列的禁牧限牧政策方針，既要保護(hù)生態(tài)環(huán)境不受傷害，又要使山羊產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，促使我國山羊養(yǎng)殖業(yè)邁入了又一個(gè)轉(zhuǎn)折期[26-27]。

早在19 世紀(jì)，在無角山羊選育時(shí)，發(fā)現(xiàn)雌雄比例失調(diào)現(xiàn)象，并且伴隨著間性個(gè)體逐漸增加的趨勢(shì)，這種現(xiàn)象是無角間性綜合征（PIS）[28]。1944 年，將山羊無角和PIS 聯(lián)系在一起，提出控制間性與角的基因存在關(guān)聯(lián)[29]。2001 年，在山羊1 號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)一個(gè)11.7 kb 片段的缺失，是發(fā)生山羊PIS 的原因，且發(fā)現(xiàn)調(diào)控基因至少有2 個(gè)：PISRT1和FOXL2[30]。通過單倍型分析5 只間性山羊發(fā)現(xiàn)，有3 只并不是PIS 純合缺失，原因是不同類型的PIS 缺失。說明山羊性反轉(zhuǎn)的遺傳并不是簡(jiǎn)單的1號(hào)染色體上11.7 kb純合缺失[31]。張宇[28]也發(fā)現(xiàn)PISRT1基因的多態(tài)性與唐山奶山羊PIS 存在緊密聯(lián)系，山羊蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子FOXL2具有決定卵巢發(fā)育的作用，與無角間性性狀存在著緊密聯(lián)系[32]。由此可知，PISRT1和FOXL2與PIS 緊密相關(guān)。張磊[33]通過全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，RXFP2、NRDC、NBEA、FOXO1、UNC79、ATG2B和KIAA1429是內(nèi)蒙古絨山羊角性狀的重要候選基因，驗(yàn)證基因NRDC和RXFP2均與角性狀顯著相關(guān)。

2.2.2 綿羊無角性狀研究

在早期開始研究綿羊時(shí)對(duì)毛色及角型等性狀進(jìn)行了選擇[34]。人類最早開始研究綿羊的性狀就是角型。綿羊角表型的遺傳模式遠(yuǎn)比表面分析的要復(fù)雜得多。早在100 多年前，研究表明，在一種兩性都嚴(yán)格有角的品種陶賽特角羊和完全無角品種之間的雜交中，只有雄性后代表現(xiàn)出有角[35]?；谶@些觀察，有研究指出公羊的角是顯性的，而母羊的角是隱性的。隨后對(duì)其他品種的研究結(jié)果也表明，有角和無角等位基因的影響在雄性和雌性綿羊之間是不一樣的[36]。有研究發(fā)現(xiàn)，綿羊公羊一般都是有角的，無角綿羊很早就被育種學(xué)家研究了，公羊無角表型也陸續(xù)被研究出來。

在早期研究無角性狀時(shí)，認(rèn)為位于常染色體Ho基因座上的3 個(gè)等位基因調(diào)控有無角表型。將綿羊的“無角位點(diǎn)”定位在10 號(hào)染色體上，并且將位點(diǎn)區(qū)間縮小到50 kb 的區(qū)域內(nèi)，使預(yù)測(cè)角表型正確率高達(dá)97%。對(duì)陶賽特羊和美利奴羊進(jìn)行全基因組信號(hào)選擇分析，無角表型的單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點(diǎn)在10號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)，位置接近RXFP2基因[37]。有研究表明，無角基因位點(diǎn)定位于10號(hào)染色體29.3～29.5 Mb區(qū)間。在美利奴羊品種中，利用兩個(gè)SNP 位點(diǎn)，對(duì)母羊無角預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到30%～70%，公羊60%～75%[38]，但是不能進(jìn)行完全預(yù)測(cè)，因?yàn)檫@兩個(gè)SNP 不是致因突變。同時(shí)，利用251 個(gè)微衛(wèi)星和等位酶標(biāo)記在野生型綿羊上發(fā)現(xiàn)無角位點(diǎn)，將索伊羊無角位點(diǎn)定位到10 號(hào)染色體[39]。

通過研究發(fā)現(xiàn)，決定羊角尺寸的數(shù)量性狀基因座（QTL）在10 號(hào)染色體上[40]。在研究野生索伊羊群體時(shí)，大角公羊在群體中具有一定的優(yōu)勢(shì)，雄性羊有兩種表型，正常大角和畸形角，但雌性羊有正常角、無角和畸形角三種表型[41-42]。這種多態(tài)性是通過RXFP2在自然和性別選擇上相互協(xié)調(diào)而形成的[43]，索伊羊在RXFP2上有兩個(gè)等位基因：與提高繁殖率相關(guān)的大角等位基因Ho+、與成活率相關(guān)的小角等位基因HoP，公羊存在三種基因型：Ho+Ho+和Ho+HoP為正常角，HoPHoP有一半為畸形角。

進(jìn)一步分析歐洲綿羊品種發(fā)現(xiàn)，RXFP2基因3’UTR 區(qū)域的一段1.8 kb 片段的插入與綿羊無角表型顯著關(guān)聯(lián)，且無角對(duì)兩角表型為顯性[44-45]。在中國灘羊同樣發(fā)現(xiàn)RXFP2上存在一個(gè)與無角表型顯著相關(guān)的同義突變，但在國外的34 個(gè)綿羊品種的大樣本中并沒有特別的發(fā)現(xiàn)，位于RXFP2基因3’UTR 區(qū)域的插入片段只是在部分綿羊的角表型中出現(xiàn)分離[46]。同時(shí)，檢測(cè)阿勒泰羊RXFP2基因3’UTR區(qū)域1.8 kb插入片段，發(fā)現(xiàn)與無角表型沒有相關(guān)性[47]。2020 年，對(duì)我國小尾寒羊和湖羊進(jìn)行重測(cè)序分析，檢測(cè)到10 號(hào)染色體RXFP2附近的信號(hào)。

盡管無角性狀的遺傳區(qū)間已經(jīng)確定，但無角綿羊品種繁多，導(dǎo)致結(jié)果也是各有不同，有些品種與RXFP2基因有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，同樣有些是不存在關(guān)聯(lián)的，說明角表型基因遺傳具有很強(qiáng)的復(fù)雜性。將野生索伊羊無角性狀定位在10 號(hào)染色體，而且調(diào)控角長度和角基周長也定位在這一區(qū)域。利用芯片進(jìn)一步確定驗(yàn)證了索伊羊角關(guān)鍵候選基因是RXFP2，也是角長度和角基周長的主要調(diào)控基因。但在其他野生群體上并未得到類似的結(jié)果，通過對(duì)76 個(gè)大角羊高密度芯片的全基因組關(guān)聯(lián)分析并沒有發(fā)現(xiàn)直接影響角的數(shù)量性狀基因座（QTL）[48]?？傊?，綿羊無角與正常角長度和基部周長數(shù)量性狀都定位于同一遺傳區(qū)間和同一候選基因——RXFP2基因。

3 展望

角是反芻動(dòng)物演化最成功的器官之一，也是標(biāo)志性特征，研究角的進(jìn)化和遺傳機(jī)制一直是反芻動(dòng)物遺傳學(xué)的熱點(diǎn)之一，也是其他特異性遺傳性狀研究的參考模型之一。牛羊不僅提供肉、奶、毛等生產(chǎn)生活資料，在人類農(nóng)業(yè)發(fā)展中也扮演著重要的角色。盡管已經(jīng)確定無角牛羊表型相關(guān)基因的定位及遺傳調(diào)控機(jī)制，但無角牛羊的基因組中存在大量的變異，這些變異可能與其獨(dú)特的生物學(xué)特征有關(guān)。未來隨著分子遺傳學(xué)、生物信息學(xué)等技術(shù)的發(fā)展以及研究的深入，在不久的將來，無角牛羊的培育將會(huì)更加成功，為闡明基因在遺傳分化和性狀調(diào)控中的作用提供參考說明。