山羊生长轴各类激素及其受体基因的研究

○北京农业职业学院 田 璐

山西农业大学 张春香 岳文斌

动物生长发育调控是一个高度复杂而精细的生理过程，受多个生长调控系统的影响，其中，神经内分泌生长轴各因子（激素、受体、结合蛋白等）及其基因对动物的生长发育起着关键作用。正常情况下，下丘脑接受体内外的信息，释放促生长激素释放激素（GHRH）和生长激素（SRIF），调节垂体生长激素（GH）的分泌，GH通过与生长激素结合蛋白（GHBP）结合而运输，与靶器官上生长激素受体（GHR）结合，促使胰岛素样生长因素（IGFS）的产生并进入血液循环，IGFs再通过与胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBP）结合转运到全身组织细胞，促使组织细胞的生长与分化。鉴于GHRH、GH、GHR、IGF-I和胰岛素样生长因子蛋白（IGFBPs）在动物生长中的重要作用，许多研究者把它们的基因作为候选基因用来寻找与畜禽生产性能相关的多态位点，以便在育种中进行标记辅助选择，提高选种的准确性，加快遗传进展。截至目前，人们已经完成人和鼠生长轴上主要基因的克隆测序，并对这些基因及其蛋白功能进行了详尽研究。下文综述山羊生长轴主要基因结构、多态性及与生产性能的关联结果等方面的研究情况。

1.山羊GH基因克隆、定位及多态性的研究。Yamano等和Yato等先后克隆了山羊GH基因cDNA序列。Kioka等（1989）以牛GH基因cDNA作为探针，得到了Tokara山羊GH基因全序列，它由2 544 bp组成，包含5个外显子和4个内含子，在启动子中含有顺式调控序列，在转录起始位点上游83 bp有TATA盒。山羊GH基因5个外显子长度分别为13 bp、161 bp、117 bp、162 bp和201 bp；4个内含子长度分别为247 bp、227 bp、229 bp和276 bp，外显子和内含子的交界处均符合GT-AG规则，该研究为山羊GH基因多态的研究奠定了基础。

山羊GH基因则是通过比较基因组学技术定位于19号染色体的长臂上（19q22）。在山羊基因组中，山羊GH基因有3个等位基因。Yamano等（1991）发现山羊GH基因有2个克隆：1个克隆（CgGH）包含gGH1基因；另1个克隆 （EgGH） 包含 gGH2和 gGH3基因。CgGH克隆包含491 bp的插入序列，正好位于gGH3基因的上游。从测序结果看gGH基因的两侧序列有短散布的重复序列（SINEs），CgGH 克隆中有 4个SINEs，EgGH克隆中有8个SINEs，并指出山羊 gGH1、gGH2和gGH3基因因个体不同而数目不一。目前研究报道较多的是gGH1基因，对于gGH2和gGH3基因没有见到更多有关报道。

在山羊上，Malveiro等（2001）用PCR-SSCP方法分析奶山羊GH基因5个外显子，并分析这些多态位点与奶产量、脂肪和蛋白含量等关系，结果表明：在外显子1和外显子2上存在2个等位基因；在外显子3上存在4个等位基因；在外显子4上存在6个等位基因；在外显子5上存在5个等位基因；外显子4的基因型F/F个体较其他基因型个体在奶产量上有显著差异（P<0.05）；外显子5的基因型A/A个体较其他基因型个体在奶产量上有显著差异（P<0.05）。结果说明，GH基因可作为候选基因用于奶山羊标记辅助选择。

李美玉等（2004）以多个山羊品种（系）为研究材料，采用PCR-SSCP方法对山羊生长激素基因多个不同位点（225～429、-406～-193、26～239） 进行多态性分析，发现3个位点均存在多态性，并在-406～-193位点，基因型频率在品种间存在显著差异（P<0.05）；进一步与体重关联分析结果显示：26～239片段及225～429片段多态位点对体重的影响都没有达到显著水平，但后者DD基因型比CC、CD基因型有更高的断奶重和周岁重，且差异接近显著水平。闵令江等（2004）以波尔山羊与鲁北白山羊的杂交一代为试验材料，采用PCR-RFLP技术对GH基因的第一至第二内含子进行了研究，基因型与出生重和部分屠体性状关联分析结果表明：基因型仅对胴体重有显著影响（P<0.05），并且在群体中AB基因型的效应显著高于AA基因型，在不同性别上却没有发现这种基因型之间的差异。但是在出生重、10月龄屠宰活重、胴体重和净肉重4个性状的表达上均发现AB基因型大于AA基因型的趋势。

2.山羊GHR基因克隆、定位及多态性的研究。1987年，Leung等从兔肝脏中提取并纯化出GHR，又根据氨基酸序列首次从兔的肝脏cDNA文库中克隆出GHR cDNA。随后人们相继克隆了人（Accession No.:NM000163）、小鼠（Accession No.:J04811）、 家 鼠（Accession No.:NM010284）、绵羊（Accession No.:NM001009323）、牛（Accession No.:NM176608） 和 猪（Accession No.:X5429）等多种动物的GHR cDNA。但截至目前，GenBank中仅有零星片段报道，Maj等（2003）克隆了山羊GHR基因P1启动子区和外显子1a（Accession No.:AY358031），P1启动子区位于450～938 bp，微卫星序列位 于 828～855 bp，TATA 盒位于914～919 bp，外显子1a位于940～1148，属于非翻译区；后来，又克隆了GHR基因的外显子4序列（Accession No.:AY739707），目前还没有完整cDNA序列和GHR全序列。山羊和牛GHR基因都位于20号染色体的长臂q17上，并且也与PRLR位于同一区域。

截至目前，有关羊GHR基因多态和与生产性能关系的报道很少。Maj等将奶山羊GHR基因的5′调控区存在（TG）n多态，其重复数为10～30，在奶山羊群体中（TG）14等位基因的频率最高，达到0.48，而（TG）17等位基因的频率为0.03，但没有发现（TG）13等位基因，与产奶性状进行了关联分析结果表明（TG）n多态与产奶性状没有相关；而张春香等（2007）发现在南江黄羊和波尔山羊两个群体中（TG）13的基因频率较高，其次是（TG）14、（TG）17等位基因的频率最低，且该多态对周岁体重影响显著，基因型BB所对应周岁体重的最小二乘均值显著高于基因型DD所对应的最小二乘均值（P<0.05）。

3.山羊IGFs基因克隆、定位及多态性的研究。IGF-I是一个单拷贝基因。成熟的IGF-I是一个较小的多肽，但在哺乳动物中该基因却相当大，基因组DNA为80~100 kb，由5个或6个外显子组成，如有5个外显子，则成熟的多肽是由外显子2和3之间的区域编码组成；如有6个外显子组成，则成熟的多肽是由外显子3和4之间的区域编码组成。根据现在的命名，外显子1和外显子2是前导外显子，编码5'UTR的上游没有启动子的CTTAA或TATA序列，但具有不同的转录起始位点，含外显子1的IGF-ImRNA称为1类启动子，含外显子2的IGF-ImRNA称为2类启动子，选择性地拼接到外显子3。

山羊IGF-I基因的全序列还没有报道，Mikawa等（1995）克隆了山羊IGF-I基因的不同的外显子1片段，该片段长4 244 bp，包括外显子1W、外显子1和外显子1A。Sakai等（2001）克隆了山羊IGF-I基因的几个外显子片段，包括外显子3、外显子4和外显子6。用DNAstar软件，将这3个区的编码部分连接后，与山羊cDNA序列比较发现，已经包含了完整的编码区。即山羊的IGF-I基因有6个外显子，成熟的多肽是由外显子3和4之间的区域编码组成。山羊的IGF-I定位在第5号染色体上的5q31。Yilmaz等研究表明绵羊IGF-I基因5′调控区和第1外显子都有多态。山羊IGF-I基因多态研究还未见报道。

4.羊IGFBP3基因克隆、定位及多态性的研究。IGFBP3是单拷贝基因，牛IGFBP3大约长度10 kb，由5个外显子和4个内含子组成，5′端4 000 bp，539 bp的外显子1，2 954 bp内含子1，227 bp外显子2，474 bp内含子2，120 bp外显子3，1 049 bp内含子3 141 bp的外显子4，1 547内含子4和1 421的外显子5，其中，外显子1～4是IGFBP3蛋白的编码区。牛的转录起始点位于起始密码子上游的137 bp处，该处是一个CAP位点，其上游的26 bp有TATA盒，在5′端到TATA盒之间，没有发现CAAT盒，但发现了包含两个重叠的假定AP2结合点的一个富含GC的序列元。目前，对山羊IGFBP3一级结构的研究还较少，其全序列还没有报道。

山羊的IGFBP3基因定位在第4号染色体上，闵令江等（2006）研究了山羊IGFBP3基因F4/R4位点单核苷酸多态性与体重、体高、体尺和屠体性状的关系。分析结果显示，山羊IGFBP3基因F4/R4位点对3月龄体长和胸围、10月龄体长、胸围、12月龄体长、断奶重和眼肌面积有影响；在体尺上，均表现为AG型极显著地大于GG型（P<0.01），在数值上均遵循AG>AA>GG；在断奶重和眼肌面积上，则有AG型显著大于GG型（P<0.05）。山羊 IGFBP3基因 F4/R4位点对体长、胸围、断奶重和眼肌面积发挥作用可能以超显性为主。

虽然目前对山羊生长轴主要基因结构、多态性及与生产性能的关联分析等方面研究还很有限，但是随着肉用山羊业的发展，这方面的研究会越来越多。