牛肉黄脂遗传研究进展

徐 磊，贾玉堂，赵拴平，李立冰，阮永民

（安徽省农业科学院畜牧兽医研究所，安徽 合肥 230031）

皮下脂肪对动物活体和胴体都很重要，其作用主要表现为能量储存、保护组织和保持体温，它对肉品质等级也有重要的影响，是牛肉分级时的一个重要指标。在欧洲和亚洲的市场上，大多数消费者是不接受黄色的脂肪的牛肉的，作为消费者最直观的印象之一，它也是能直接的影响消费者购买时的欲望。研究表明牛肉黄脂是脂肪组织中的β－胡萝卜素所导致的［1，2］，类胡萝卜素是在植物中发现的一组化学复合物，包括叶黄素、胡萝卜素、番茄红素，它们分别为黄色、橙色和红色。在脂肪中占数量优势的是β－胡萝卜素和叶黄素，胡萝卜素有很多种不同的同质异构体，全反式β－胡萝卜素是在饲料作物中最常见的异构体，也是牛体内循环中主要的类胡萝卜素［8］。

近几十年，对可能与牛肉脂肪颜色相关联的候选基因和报道出的QTL进行的检测，并没有明确的QTL发现。由于β－胡萝卜素是牛肉黄脂的主要贡献者，为了查明牛肉脂肪颜色的遗传机制，需要对β－胡萝卜素的代谢进行生理和分子遗传水平的研究，主要是围绕在参与类胡萝卜素代谢过程的各种酶的分子遗传水平上的研究。本文论述了牛肉脂肪颜色的遗传差异、β－胡萝卜素对牛肉脂肪颜色的影响、黄脂形成的生理机理、β－胡萝卜素的代谢过程、代谢过程相关酶的检测、对酶的分子遗传研究及基因克隆转化等方面近年来的研究进展，以期为进一步深入开展肉牛脂肪颜色遗传研究提供参考。

1 脂肪颜色对市场牛肉市场情况的影响

对于消费者而言，看到一块牛高档部位的分割肉，肉眼所见的最直观印象就是大理石花纹、肉色和脂肪颜色这三个方面，这三个指标成为了各个国家牛肉分级的最重要组成部分。在欧洲、东北亚、美国市场，黄色脂肪通常被认为是脂肪组织的一种非正常的黄染现象，经常会与黄疸病和黄脂病联系到一起。作为一个重要的评价标准，脂肪的质量可以显著的影响胴体的得分，进而影响它的价格。1995年Hayes在澳大利亚曾报道过在出口的胴体中黄色脂肪会降低10%的等级，如果有50%的黄脂，每年会减少肉牛业920万美元的收入；我国刘晓牧等在山东省部分屠宰企业的调查，每公斤高档牛肉中，黄色脂肪的肉价格比白色脂肪低40元左右［3］。

2 影响脂肪颜色的遗传因素

很多因素都会影响脂肪颜色，包括饲料、营养、环境、饲养管理、品种、性别、年龄，很多的研究已经证明脂肪颜色受品种的影响，通常奶用牛品种的黄脂要比肉用牛多，Kruk等证明Jersey牛的皮下脂肪中类胡萝卜素沉积的遗传力，要高于Jersey牛与Limousin牛的杂交和纯种的Limousin牛。对羊的研究也表明黄脂是受遗传控制的性状，计算出羊的黄脂的遗传力为0.18［4］，Pitchford等［5］计算过牛脂肪颜色的遗传力为0.33（SE0.06），这些遗传力的评估证明了脂肪颜色可以通过选育来改变。

有研究证明，皮下脂肪的类胡萝卜素浓度不但与脂肪颜色的主观评分高度相关（r＝0.61），与脂肪颜色客观的评分更加相关（r＝0.73）［6］。牛肉脂肪颜色与脂肪中β－胡萝卜素的浓度直接相关，受遗传因素的影响，不同品种的牛或者同品种不同的个体的脂肪颜色和脂肪组织中类胡萝卜素的浓度也有不同。Kruk认为在Jersey牛β－胡萝卜素沉积引起黄脂的过程中有一个主效基因在起作用，但却没有找出这个主效基因。

3 脂肪颜色性状的QTL定位

通过检测影响脂肪颜色的染色体片段以进行QTL定位可以对这个复杂的性状进行分析，但一直没有牛肉脂肪颜色QTL的准确定位。Esmailizadeh对澳大利亚和新西兰的Jersey－Limousin杂交牛做了一个全基因组扫描，对34个性状进行QTL定位，包括脂肪颜色性状。在他们的研究中，用区间定位的方法在11号染色体上找到了14个有可能的脂肪颜色性状相关的QTL片段，但却没能证明检测到的QTL的相关基因或者他们的等位基因的不同对脂肪颜色的不同有影响。

4 类胡萝卜素和脂肪颜色

牛的黄脂中起主要作用的是类胡萝卜素，为了确定脂肪颜色的遗传规律，对类胡萝卜素的代谢过程的研究就很重要。由于只有微生物和植物才能合成类胡萝卜素，动物组织中的类胡萝卜素完全来源于食物，脂肪组织中的β－胡萝卜素沉积量是由其在食物中的含量和在脂肪组织中的转化率决定的，不同的转化步骤（包括瘤胃消化、肠吸收、从血液到组织的转运、个体组织代谢）都能影响类胡萝卜素在乳腺和脂肪组织中的沉积［7］。

饲料中添加维生素A可以降低血液中的类胡萝卜素浓度，但并不能减少脂肪中的类胡萝卜素及脂色［8－11］。在牛的体内，大部分的β－胡萝卜素是高密度脂蛋白（HDL）运送的，而且运送的类胡萝卜素比例高达77%～83%［12］。Kruk等［13］的研究表明，不同品种的高密度脂蛋白（HDL）的大小有区别，Jersey牛的大颗粒高密度脂蛋白（HDL）比例高于Limousin牛，这或者是Jersey牛组织中的类胡萝卜素情况与其他品种牛的差异的一个原因。Knight等［14］证明类胡萝卜素一旦沉积在脂肪中就很难再清除，当牛饲料中类胡萝卜素的水平较低时，脂肪中沉积的胡萝卜素也没有发生改变，而血液中的类胡萝卜素浓度却会下降到很低的水平。Pitchford等［15］的研究表明经过一个短期的谷物饲料的饲养，脂肪颜色黄度下降了83%，这是由于脂肪的快速堆积，脂肪组织中的β－胡萝卜素被稀释所引起的，而不是已经沉积的β－胡萝卜素发生降解所致。

这些过程都可以控制类胡萝卜素从食物到脂肪组织的沉积，由于牛肉脂肪颜色的主效基因还没有找到，对类胡萝卜素代谢中涉及的酶的基因的研究是对牛肉脂肪颜色的遗传研究有效途径。

5 β－胡萝卜素分解酶

哺乳动物都不能够合成维生素A，它来自于食物中的维生素A原类胡萝卜素［16］。在动物中，β－胡萝卜素氧化合成为维生素A有两种方式：对称裂解和非对称裂解。对称裂解是其主要的裂解方法，这种裂解中，β，β－胡萝卜素15，15＇－加氧酶（BCMO1）对称的裂解β－胡萝卜素上的15，15＇－双键生成维生素A和维甲酸［17，18］。在果蝇中，β－胡萝卜素的对称裂解是唯一的裂解方法，也是在这个途径中发现了BCMO1酶［19］。在脊椎动物中维生素A衍生物的生物合成中，β－胡萝卜素的对称与不对称分解是一个长期争论的话题。在通过分子克隆对老鼠BCO2基因特征的研究中，发现了β－胡萝卜素的不对称氧化裂解方式［20］，β，β－胡萝卜素9＇，10＇－双加氧脱氢酶（BCO2）特异性的裂解β－胡萝卜素的9＇10＇－双键，产生β－紫罗酮和两分子的β－阿朴胡萝卜素醛。除了裂解β－胡萝卜素的9＇10＇－双键外，另外，对β－胡萝卜素的其他部位进行裂解的异常的酶催化分解途径也有过报道［21］，但是却没有在这些异常的裂解反应中发现其他的酶。

6 BCMO1基因研究

通过在大肠杆菌中表达黑腹果蝇的BCMO1基因的克隆，鉴定出BCMO1酶是一个亲水的、非膜结合的蛋白［22］，Lindqvist等［23］确定了人的BCMO1酶的胞质定位，由于BCMO1是一个细胞质酶，它需要特殊的结合蛋白来转运β－胡萝卜素和产物类维生素A，这些都是亲脂性的复合物，但是细胞中的类维生素A结合蛋白与鼠的BCMO1酶在体外却不能发生反应［24］。因此，BCMO1酶是否与类维生素A的代谢过程中涉及的某一特定的蛋白发生反应还有待进一步的研究证明［25］。

与维生素A不同，对人体进行大剂量的β－胡萝卜素补充也不会产生维生素A过多症，显示出β－胡萝卜素裂解为维生素A受到BCMO1酶的调控［26］。在大鼠和鸡体内，维生素A酸可以强烈的抑制肠壁中BCMO1基因mRNA的表达，可以使BCMO1酶的活性下降90%。这种BCMO1基因转录水平的调控可以用鼠BCMO1基因启动子的维生素A酸反应原的特异性识别来解释［27］。肠组织可以通过抑制SCARB1基因和BCMO1基因的表达来控制维生素A的产生，就能控制对脂类的吸收和类维生素A等的合成［28］。

7 BCO2基因研究

BCO2酶除了对称裂解外，还能催化β，β－胡萝卜素的9＇，10＇双键的裂解，BCO2基因的mRNA表达在鸡的肝脏和皮肤中很强烈［29］，通过 RT－PCR分析，发现在鼠的肠、肝、肾和睾丸组织中的表达水平高度稳定，脾、脑、心脏和肺组织表达水平很低［30］，VonLintig等［31］在人体的骨骼肌中也发现了BCO2基因的mRNA。在敲除了BCMO1基因的小鼠体内，内脏脂肪中BCO2的mRNA表达水平却没有变化，Hessel等［32］在已经检测过没有BCMO1酶活力的情况下，维生素A缺乏不会影响BCO2酶在人体的不同的组织和细胞中的表达［33］。

BCO2基因的表达与β－胡萝卜素的沉积有高度的相关，表明BCO2基因对β－胡萝卜素的降解作用，与β－胡萝卜素的沉积存在关系［34，35］。这些结果表明调控维生素A和乳酸合成通路的基因的表达水平对β－胡萝卜素在皮下脂肪组织中的沉积有重要的影响作用，它们也就能影响牛肉的脂肪颜色。

8 总结

总的来说，育肥过程中脂肪组织的沉积和日粮中类胡萝卜素的含量都是影响黄脂的重要因素，在脊椎动物中，β－胡萝卜素来源于食物并且用作为一种主要的维生素A的前体。从食物中释放后，β－胡萝卜素经过瘤胃被小肠所吸收，剩下的结合到血清中的乳糜微粒上被转运到肝脏、脂肪和肌肉组织中。β－胡萝卜素的消化和吸收是一个复杂的过程，有一系列的酶和蛋白参与其中。在β－胡萝卜素的代谢中，两种加氧酶（BCMO1和BCO2）完成最初的裂解生成类维生素A等。类维生素A可以降低BCMO1酶和其他涉及催化阿朴胡萝卜素醛化学代谢的酶。由于β－胡萝卜素是牛脂肪组织中沉积的主要的带色物质，所有涉及β－胡萝卜素转运和代谢的蛋白和酶都可能是控制牛肉脂肪颜色的候选基因。

通过检验这些候选基因，对牛肉脂肪颜色性状的QTL进行定位，检验它们对脂肪颜色的影响，可以发现影响脂肪颜色的生物通路，假设如果候选基因参与从β－胡萝卜素到维生素A的代谢，类胡萝卜素的转运和脂肪的沉积就会影响牛的脂肪颜色。因此，对这些通路中的候选基因的多态性检测，并与脂肪颜色进行相关分析，是当前可以进行的有关牛肉黄脂肪的遗传研究的有效手段。

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