猪抗病育种的研究进展

2013-01-25樊品科

中国猪业 2013年5期

樊品科

（广西来宾市忻城县职业技术学校，广西来宾 546200）

做为生猪养殖和消费的大国，养猪业自古以来就在我国畜牧业中占据着重要的位置，迄今为止已育成了一些生产性能较优的品种或品系，尤其是在引进外种猪后更是大大的促进了我国养猪业的发展，其中包括生长性能、繁殖性能、肉质性能等等，但是关于抗病性能的研究却很少。随着集约化生产模式的普及和高瘦肉率猪的育种观念，使得猪的总体体质和抗病力急剧下降，尤其是一些传染疾病更是反复在猪群中发生，给养猪业带来了巨大的经济损失，同时也严重制约了我国养猪业的发展。尽管良好的饲养管理措施和环境卫生、严格的疫苗接种和疾病用药制度、个体疾病的治疗能够在一定程度上维持猪群的健康和防治疾病，但却也是治标不治本。此外，猪养殖过程中大量用药不仅增加了养殖成本和药物残留量而且对生态环境带来了巨大的威胁，而且病原微生物的变异越来越快，其致病性也越来越强，对疫苗和药物的研制带来了巨大的挑战，尤其是抗生素的滥用不仅造成病原微生物的耐药性而且威胁着猪肉的品质安全。众所周知，饲养抗病力强的猪可以明显降低药物和防疫成本，猪群的健康状况对养猪成本的控制有相当重要的作用，发达国家更是早已开始重视猪的抗病力对养猪业的影响，例如，瑞典在1986年即禁止在畜牧业生产中使用抗生素，随后便开始了抗病育种的研究。因此，充分利用分子遗传育种技术和生物技术等学科已取得的研究成果进行抗病性育种必将成为控制疾病的有效方法和最终目标，对我国养猪业的发展和壮大也将具有重要的现实意义。

1 抗病性状候选基因的研究进展

1.1 干扰素基因

干扰素（Interference,IFN）是一种高活性多功能的糖蛋白因子，由单核细胞和淋巴细胞分泌产生，包含140～170个氨基酸，其分子量介于20～34k u之间，于1957年被英国科学家A l i e k等发现并命名。根据干扰素的基因序列和受体的特异性可将其分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅰ型主要包含IFN-α、β、ε、κ、ω、δ等；Ⅱ型又称为免疫干扰素，即IFN-γ；Ⅲ型是一种新发现的细胞因子，即IFN-λ，但是目前发现的猪体内干扰素仅IFN-α、β、ω、δ和IFN-γ。由于干扰素能够干扰其他病毒的复制和诱导机体产生抗病毒蛋白而被广泛研究：干扰素基因与干扰素基因抑制物相结合而在机体未受到病毒细菌入侵时处于休眠状态，只有当机体受到病毒入侵时干扰素基因抑制物与干扰素基因分离使得干扰素基因得以表达。但是干扰素发挥其光谱性抗病毒作用并不是直接杀伤或抑制病毒，而主要是通过细胞表面受体作用使细胞产生抗病毒蛋白，与此同时还对自然杀伤细胞（N K细胞）、巨噬细胞和T淋巴细胞的活力起到增强作用。

目前，对IFN-γ的研究较为广泛和深入，研究表明：猪IFN-γ基因序列全长501个碱基单位能够编码166个氨基酸，其中前23个为信号肽，处于天然活性状态的IFN-γ是一个同源二聚体。IFN-γ主要由N K细胞、T细胞、B细胞和巨噬细胞等产生，而被糖皮质激素和环细胞毒素A等抑制。IFN-γ的功能主要有：抗病毒作用（但与Ⅰ型干扰素相比，其抗病毒作用较小），抗细胞增殖作用（通过阻止细胞周期），抗肿瘤作用，调节免疫作用和抗寄生虫作用。IFN-γ发挥其功能的机制主要是通过两种途径：一种是通过JAK-STA T途径，即靶细胞表面的IFN-γ受体与IFN-γ结合后发生二聚体化，其J A K-1和J A K-2（Janus Kinase,两面神激酶）发生磷酸化后使得IFN-γ受体也磷酸化，从而将细胞浆内的STAT1磷酸化后送进细胞核后与γ免疫调节序列相结合，使其得到表达；另一种即PTK途径，IFN-γ与其受体结合后可激活非受体型酪氨酸蛋白激酶（PTK），例如P 59就可以结合J A K-2并将其活化。因此，将干扰素基因及其受体基因作为猪抗病育种的候选基因不仅可以增强猪总体的抗病能力还能对某些疾病产生特异性的抗病力。

1.2 F4（K88）和F18受体基因

细菌感染引起的腹泻是包括猪在内的年幼动物生长过程致死率最高的因素，有报道表明：在不使用抗生素的情况下，尽管在规范的管理和高标准的环境卫生能够阻止疾病的爆发，但是在瑞典的仔猪生产中断奶前仔猪和断奶后仔猪的死亡率分别为15%和2%。产肠毒素大肠杆菌（Escherichia coli ）是导致新生仔猪和断奶仔猪腹泻或水肿的主要原因，其中小肠粘膜上的菌毛受体是产肠毒素大肠杆菌菌毛能够附着于小肠粘膜并产生肠毒素（这是由于大多数菌毛都与肠毒素或其基因联系在一起形成一个“毒力岛”）的必要条件，同时也是其他细菌导致疾病的必要因素。众多研究已经表明：产肠毒素大肠杆菌F4（K88）菌毛附着于小肠粘膜并产生肠毒素是导致新生仔猪和断奶仔猪腹泻的主要原因，产肠毒素大肠杆菌F 18菌毛是导致断奶仔猪腹泻和水肿的主要原因，并且F4存在3种血清型变异（F4ab、F4ac和F4ad）。在猪肠道内F4受体的分布是不同的，分布在空肠的F4受体数量最多，活性最强，在蛋白水解酶的作用下，受体活性随肠道的深入而降低，并且猪小肠内的F4受体数量会随着年龄的变化而改变，2～5周龄未断奶仔猪小肠内受体最多，值得注意的是，尽管相比之下新生仔猪小肠内受体较少，但其免疫功能尚不完全，因此肠毒素大肠杆菌感染新生仔猪造成的死亡率更高。F4受体基因和F 18受体基因分别位于13号和6号染色体上，其中F 18受体基因的A A型为抗病性基因型，并且F 18受体基因与血型抑制因子S、红细胞酶系统及氟烷基因紧密连锁，若仔猪缺乏F4受体基因和F 18受体基因或者这两种受体基因被阻抑，则对产肠毒素大肠杆菌导致的腹泻或水肿产生抗性。因此，充分利用分子遗传技术对F4受体基因和F 18受体基因进行更加深入的研究和筛选，选育出无F4和F 18受体的猪群，必将在给养猪业带来可观的经济利益的同时大大的推进我国养猪业的发展。

1.3 氟烷基因

氟烷（RYR1）基因也被称为兰尼定受体基因，具有显性纯合子（HalNN）、杂合子（Hal Nn）和隐性纯合子（Hal nn） 3 种基因型，位于猪6 号染色体上，呈简单的遗传方式，具有完全的和不完全的外显率，其等位基因（Haln）能够导致猪体质和抗逆能力下降，在生产过程中轻微的刺激（如交配、环境温度骤变、驱赶、运输、疾病和营养等）就能产生应激综合征，猝死率极高，解剖后其肉呈灰白色（Pale）、肉质松软（Soft）和失水严重（Exudative），即PSE 肉。兰尼定受体基因发生突变，即C1 843- G 突变成T1843- A，从而使得原本编码的精氨酸变成半胱氨酸，改变了其功能和结构，即在受到刺激后肌肉中钙离子通道在迅速开启后不能迅速关闭，肌纤维不能舒张，最终由于需氧代谢和糖酵解在消耗大量的ATP、葡萄糖和氧后产生的大量二氧化碳和热量等不能及时排出体内，导致恶心高热和高代谢等严重的症状。值得注意的是，尽管一些地区或养猪企业已决定全部剔除携带Haln 的猪，但是研究表明：Hal nn 型猪的生长速度极显著的高于Hal NN 和Hal Nn 型，并且在苏淮猪群众发现Hal Nn 型母猪的头胎产仔总数、活仔数、初生重、20日龄和40 日龄体重均高于Hal NN 型母猪，由此说明氟烷基因对猪群的生长性能和繁殖性能等均有一定程度的影响。因此，在利用标记辅助选择对氟烷基因进行选择育种时，必须综合考虑其优缺点从而使得其优点能促进养猪业的经济收入。

1.4 主要组织相容性复合体（MHC）超基因群

主要组织相容性复合体（MajorHis tocompatibility Complex, MHC）在猪体内又被称为白细胞抗原（SwineLeucocyte Antigen, SLA），对免疫应答的启动和调节具有重要的作用，还参与移植时的排斥反应和淋巴T 细胞分化的过程，这主要是因为众多与动物机体免疫有关的重要基因都位于MH C位点上，能够编码细胞表面的特异蛋白。MH C是免疫球蛋白超基因家族中的一大类，在染色体上占据着一个遗传区域，其中包含着高度多态且紧密连锁的基因位点，根据其基因和产物在结构功能上的不同可分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类遗传区域。MH CⅠ类基因由8个外显子组成，每个外显子的编码功能却不同，即外显子-1、2-4、5和6-8分别编码前导序列，α1、α2和α3功能区，跨膜区和胞内区；MH CⅡ类由α和β链组成，其中α链基因由4个外显子组成，外显子1、2-3、4分别编码前导序列，α1和α2功能区，跨膜区和胞内区，β链基因结构与α链基因大体相同，仅外显子个数不同；目前为止，已有36个在MH CⅢ类遗传区域被定位，但各自功能却不相同，其中一些可以编码与免疫相关的蛋白另一些却与机体免疫无关联。MH C的3类分子的功能各不相同：Ⅰ类分子可在免疫系统和消化系统表达，在免疫系统中可将细胞内的抗原降解肽呈递到细胞表面，经过T细胞识别后引起免疫应答，并且还能够抑制N K、C T L细胞效应的功能，在消化系统中主要是在肠中断的表达水平较高；Ⅱ类分子主要存在于B细胞、活化T细胞和单核巨噬细胞中，起到给抗原受体递呈加工后的细菌等外源性抗原，使得辅助性T细胞得以激活与分化，在免疫应答中起到诱导作用，主要用于监测胞外环境；Ⅲ类分子的功能及其机制尚处于研究中，但Ⅲ类抗原的主要是血清中的一些蛋白。不难发现，MH C既能对内源性抗原起到免疫作用又能对外源性抗原起到免疫作用，还在消化系统中得以一定程度的表达，因此将其作为一个候选基因进行抗病性育种的潜力巨大。

1.5 其他候选基因

杀菌通透性增强蛋白（BPI），它存在于多形核白细胞的噬苯胺蓝颗粒中，对革兰氏阴性菌活性有较强的杀伤作用，并且能够中和内毒素活性，因此BPI基因亦可作为猪抗病性育种的候选基因。天然抗性相关的巨噬蛋白（NRAMP1）基因编码的磷酸糖蛋白可在吞噬细胞中起到转运作用，并且NRAMP1对对细胞内病原微生物有一定的抵抗作用。除此之外，例如抗流感病毒基因和禽白血病毒基因等作为猪抗病性育种研究的候选基因均有较强的潜力。

2 猪抗病育种中的问题及解决措施

目前，猪抗病育种面临的问题较多，主要有以下一些问题：①抗病育种观念薄弱，许多企业和养殖业者没有充分意识到抗病育种的重要意义，认为可以充分利用兽医解决猪场内的疾病和防疫，此外猪抗病育种是一项复杂且耗时较长的工作，企业或养殖业者在看重当前利益的情况下不愿意投入太多的人力物力；②抗病性遗传机制复杂，很多基因的抗病作用机制复杂且一些基因的机制尚处于研究状态，并且这些基因大多受环境的影响很大，其遗传与环境互作对抗病育种工作带来很大的难度；③病原微生物变异快且大，一些病原微生物和细菌的变异速度较快，其感染机制或对动物机体的感染能力不断变化，特定疾病的育种很难或不能跟上疾病的变异速度；④与生产性状之间的矛盾，一些基因虽然能导致猪患病，但与此同时也对猪的繁殖、生长和肉质等性状起到良性作用，例如氟烷基因能提高猪的瘦肉率；⑤抗病基因的研究，一些抗病候选基因尚处于试验研究状态，很难在短时期内用于猪的抗病育种，从而使得抗病育种的素材较少。

以上问题可通过以下这些措施解决：①加强猪抗病育种的宣传，使更多企业或养殖业者能够充分认识到猪抗病育种的重大意义，以吸引更多的企业或养殖业者投入到猪抗病育种这项工作中来；②充分利用我国地方猪种抗病性和抗逆性强的特点，对其抗病性和抗逆性的遗传基础和机制进行研究，以积累更多的抗病育种素材；③充分利用猪场的各项记录进行直接选择和遗传标记进行辅助选择育种，还可以利用胚胎学、分子生物学和基因工程等学科的理论和技术进行基因工程抗病育种，例如转基因和基因敲除等。