生肌决定因子（M yoD）基因家族调控动物生产性能发挥的研究概述

项露颉，孙丽敏，姜怀志

（吉林农业大学动物科学技术学院，吉林　长春　130118）

生肌决定因子（M yoD）基因家族调控动物生产性能发挥的研究概述

项露颉，孙丽敏，姜怀志⋆

（吉林农业大学动物科学技术学院，吉林长春130118）

生肌决定因子（M yoD）基因家族在研究动物肉用性能的工作中起着至关重要的作用，这个基因家族参与着肌肉的生长和分化过程，并在这一过程中扮演着总开关的作用。本文介绍了生肌决定因子（M yoD）基因家族的发现、分子结构、功能、调控机制、研究进展以及未来前景展望等。

M yoD；作用；机制

随着社会经济的发展和人民膳食结构的改善，特别是畜禽遗传改良的不断深入，人们人均肉类占有量及膳食中肉类结构在逐渐的提高与优化。高蛋白低脂肪的牛羊肉类在人们膳食结构中的比重在不断提高，虽然我国近年来牛羊肉的产量在不断增加，但其在肉类中所占比重不足15%[1]，即使是猪、禽等大宗户肉类动物，个体产肉量也仍低于发达国家。

产肉性能和肉质品质是畜禽的主要生产现状，如何筛选出能够调控畜禽产肉性能与肉质的相关基因，并定向选育出生长发育快、产肉性能高、肉质优良个体一直是动物育种工作者的追求目标。大量研究表明，生肌决定因子（MyoD）基因家族则具有这方面的功能。

1　MyoD基因家族的发现

MyoD家族是Davis等于1987年首次发现[2]，而后，Braun等和Tapscott等根据人与小鼠MyoD的同源性，于1989年从人类胎盘的骨骼肌cDNA文库中分离得出MyoD（或Myf3）、Myogenin（MyoG）、Myf5、Myf6，并且在1989至1990年间分别将这几个基因定位在人类第11号染色体和第12号染色体上[3-5]。

MyoD家族包括4个基因，分别是生肌决定因子MyoD、肌细胞生成素Myogenin（MyoG）、生肌因子5 Myf5和Myf6（MRF4）。

2　生肌决定因子（MyoD）基因家族的分子结构

MyoD基因家族是同源片段，它们的同源性高达80%的，氨基酸序列都有一个包含68个氨基酸的残基，都有一个保守的、大小为80个氨基酸序列的中央蛋白基序（moti f），称为碱性螺旋-环-螺旋（basic helix-loop-hel i，b-HLH）结构，这个碱性区域含有丰富的精氨酸和赖氨酸[6-7]。其中，Basic结构是HLH螺旋结构的延伸，也是这一家族蛋白与DNA相互作用的区域，而与其他因子相互作用的位点则在HLH这个螺旋结构上，这是一个重要的调控区域。在这个碱性螺旋-环-螺旋区域外，还有两个决定MyoD基因家族成员功能的同源区，紧靠碱性区的MRM的C-末端，富含丝氨酸和苏氨酸。

3　生肌决定因子（MyoD）基因家族的生物学功能

构成肌肉的基本单位是肌纤维，肌纤维的直径、密度、面积比例、肌节长度和肌纤维类型等都将决定肉品质，肌纤维直径越细、密度越大、肌节长度越长，肉质就越细腻[8]。

产肉力和肉质性状的形成基础是骨骼肌的生长和发育，骨骼肌是胚胎发育过程中最早形成的组织之一，由体节细胞经过一系列的增殖、迁移、分化形成的骨骼肌组织。生肌调控因子（MyoD）基因家族不仅与脊椎动物胚胎期肌细胞的增殖和分化以及肌纤维的数量的增加和体积的增大有着密切的关系，而且可以激活静止的肌卫星细胞、将多种类型的细胞（成纤维细胞、原代培养的成软骨细胞、平滑肌细胞等）转化为骨骼肌细胞[9]，促进成肌细胞融合为肌管，还对个体出生后骨骼肌系统的成熟和功能的完善也起着至关重要的作用[10]。

MyoD基因家族在骨骼肌生长的联合作用是诱导前成肌细胞分化发育形成肌纤维[11]，不同阶段起着不同的作用，肌细胞的发育过程主要分为三个阶段：早期分化阶段、成熟阶段以及后期分化阶段[12]。在这个过程中，MyoD基因参与调节成肌细胞的增殖和肌肉的生长、促进多种类型的细胞转化成成肌细胞，促使成肌细胞进一步成为成熟的肌纤维[13]，Myf5基因与MyoD基因同源性较高，两者的功能有部分重叠[14]，在作用上可以互补[15]。MyoG基因与成肌细胞的分化和肌肉肥大有关，抑制成肌细胞的增殖，并调节单核的成肌细胞分化成多核的肌纤维[16]，Myf6基因与MyoG基因同源性较高，两者的功能有部分重叠，可以控制肌肉分化[6，17]，在作用上也可以互补。MyoD和Myf5主要作用在骨骼肌发育的初级阶段，成肌前体细胞的分化方向和成肌细胞的增殖；MyoG和Myf6主要作用在骨骼肌发育次级阶段，成肌细胞向终末骨骼肌纤维细胞融合和分化[18]。

4　生肌决定因子（MyoD）基因家族对肌肉生长的调控机制

生肌决定因子（MyoD）基因家族在骨骼肌细胞生长与分化的过程中起着总开关的作用。在这一过程中，MyoD基因家族正向调控肌肉的生长，主要分为三种形式：①E-box依赖调节途径（E-box-dependent pathways），E-box是指作为两个b-HLH区域形成的可以识别对称DNA的识别序列，CANNTG就是E-box序列，是一个DNA结合最小位点，基因的b-HLH区域与E-box结合，就激活了肌肉基因的转录。②非E-box依赖调节途径（E-box-in-dependent pathways)，有些骨骼肌的基因缺乏E-box，但仍能被MyoD基因家族激活，MyoD抑制素（I-mfa，inhibitor of MyoD fami ly）是一种转录调节因子，通过抑制MyoD基因家族转录的活性来负向调控肌细胞的生长。③自身激活，MyoD基因家族成员中，可以自己激活自身从而进行转录，也可以互相激活或者增强转录效应。有许多因子和癌基因可以抑制MyoD基因家族的转录活性，从而来调节肌肉细胞的生长以及分化。这些抑制因子包括成纤维生长因子受体（FGF receptor）、Id（inhibitor of DNA binding）、c-jun、c-fos、cycl in D1[6，9]。

5　生肌决定因子（MyoD）基因家族在调控畜禽产肉性能方面研究概述

1987年，Davis等首次发现MyoD基因家族，随后，确定了其碱性螺旋-环-螺旋（basic hel ixloop-heli，b-HLH）的分子结构。

5.1MyoD基因家族与动物产肉性状的关系产肉性能指标包括宰前活体重、胴体重、屠宰率、净肉率、眼肌面积、GR值和骨肉比等一系列指标，MyoD基因家族通过控制肌纤维细胞的生长和体积的增大来影响着肉用动物的产肉能力。

马海玉等[10]采用PCR-SSCP技术检测阿勒泰羊周岁公羊MyoD基因的遗传多态性，结果表明，MyoD基因外显子1上的点突变可能是影响阿勒泰羊产肉性能的重要位点，MyoD基因可以作为阿勒泰羊产肉性能的候选基因。朱春红等[18]采用qPCR技术分析高邮鸭和金定鸭胸肌早期发育及MyoD1基因的表达，结果表明，MyoD基因控制不同品种鸭的胸肌生长，为MyoD基因的调控机理提供了有力依据。李伟等[19]对山羊胎儿成纤维细胞系MyoD基因异位表达的研究，采用RT-PCR技术使MyoD基因cDNA的终止密码子突变，再定向克隆出山羊MyoD基因，结果表明，MyoD基因能诱导成肌细胞的肌管形成。李飞等[20]采用荧光定量PCR方法对关岭牛在不同部位肌肉组织mRNA表达量进行检测分析，结果表明，背最长肌MyoD基因表达量最高，且随着时间的增长和年龄的增大，MyoD基因的表达量也逐渐增多。由此可见，MyoD基因家族的各个成员在产肉动物生长过程中起到了至关重要的作用，通过调节骨骼肌的生长、分化和诱导肌管的形成来间接控制产肉量。

肉质指标包括肉色、PH、大理石花纹、失水率、系水力、嫩度和熟肉率等一系列指标，MyoD基因家族的各个基因分别在肌肉的生成过程中发挥着不同的作用，影响着肉质性状的优良程度。

郭月英等人采用PCR-SSCP方法检测Myf6基因的多态性以及Myf6基因与在巴美肉羊和小尾寒羊肉质的相关性，研究结果表明，不同基因型的Myf6基因对巴美肉羊和小尾寒羊的肉质性状都有不同程度的控制[17]。朱砺等[21]采用PCR-RFLP的方法，分析了MyoD基因在不同猪种及部分杂交群体中的分布情况，还分析了MyoD基因对肌纤维、胴体品质、胴体等级性状和肉质性状的遗传效应。结果表明，MyoD基因对肌纤维的生长和增大有着密不可分的关系，可以作为提高胴体质量的候选基因。田璐等[22]采用PCR-SSCP方法，对3个黄牛品种以及4个杂交肉牛品种的MyoD基因进行多态性检测并分析与肉质的相关性，研究结果表明，不同基因型对肉牛的肉质性状有着不同程度的影响。赵广珍等[23]采用PCR-RFLP技术分析杜长大三元杂交猪MyoD1基因第1外显子的单核苷酸多态性来探究MyoD1基因与肉质性状间的关系，结果表明，MyoD基因的单个基因以及基因的表型对肉质性状都有一定程度的影响。Knol l等[24]研究MyoD基因对猪胴体质量的影响，研究结果表明MyoD基因内含子1上的DdeI-PCR-RFLP位点对猪胴体瘦肉率、眼肌面积、皮脂含量、腿臀比例和胴体长度都有一定程度的影响，从而间接影响猪肉的肉质性状。Verner等[25]根据猪MyoD基因的多态性得出研究结论，MyoD基因与大理石花纹性状有显著的相关性。Lee等[26]研究猪MyoD基因多态性结果表明，MyoD基因在肌纤维特性、瘦肉率及肉质性状上存在不同程度的影响。刘宏祥等[27]采用实时荧光定量PCR方法对不同胚龄的金定鸭脑部、肝脏和腓肠肌MyoD基因的表达量，结果表明，MyoD基因在腓肠肌的表达量最高。曹婷等[15]利用Real-time PCR技术，检测五指山猪不同组织中MyoD基因的表达，结果表明，在五指山猪的8中组织（心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、肌、胃、小肠）中均有表达，其中，肌肉组织中的表达量最高。

5.2MyoD基因家族与动物生长发育的关系生长发育性状主要包括初生重、断奶重、6月龄重、12月龄重、18月龄重及外貌体尺等一系列指标。MyoD基因家族对产肉动物的生长发育性状有一定的影响。

Te Pas等[28]对MyoG基因进行了Msp I-PCR-RFLP检测，并对个体的遗传效应进行了分析。结果显示，MyoG部分基因型对猪初生重、胴体重、日增重和瘦肉重都有显著影响。王琪等[29]采用PCR-SSCP技术检测凉山细毛羊MyoD基因多态性以及通过最小二乘分析和显著性检验，结果表明，MyoD基因对凉山细毛羊的多种性状都有不同成程度的影响。张海军等[30]采用PCR-SSCP技术检测波尔山羊和徐淮山羊MyoD基因家族多态性与体尺性状的相关性，结果表明，MyoD基因家族对这两个品种山羊的体高和管围有着不同程度的影响。

由此可见，MyoD基因家族对产肉动物的生长发育性状有很大的影响。

6　小结

因为MyoD基因家族在动物产肉方面起着至关重要的作用，所以对于产肉动物来说，如何提高产肉力以及肉质性状，对MyoD基因家族的研究至关重要。由于MyoD基因家族的功能重要，众多学者在多种动物的基因水平上对MyoD基因家族都有相关的研究，根据目前大量的研究成果进行分析，MyoD基因家族还有很大的研究空间。这个基因家族对于研究肉质性状方面的研究潜力很大，也有很高的提升空间，在未来也需要做进一步的研究。

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The research ofMyogenic Determ ination Gene(MyoD)fam ily to controlanimalproduction characteristics

Xiang Luj ie,Sun Limin,Jiang Huaizhi*
（Ji lin Agricul tural University Col lege of animal science and technology,Ji linChangchun130118）

Myogenic Determination Gene(MyoD)fami ly plays an important ef fect on the study of animal meat characteristics,this gene fami ly takes par t in muscle development and di f ferentiation,also a main switch.This review int roduces the discovery,st ructure,fuction,cont rol mechanism,research progress and future prospect.

MyoD;Fuction;Mechanism

S852.2

A

1672-9692(2016)02-0054-05

2016-01-04

项露颉（1991-），女，硕士研究生，主要从事绵羊遗传育种与繁殖方面的研究工作。

姜怀志（1968-），男，博士，教授，博士生导师，主要从事绒山羊种质特性与选育的研究。

吉林省科技发展计划项目（20120802）。