鸡产蛋性能遗传因子的研究进展

杜彦丽，王 坤，葛长荣

（云南农业大学动物科学技术学院，云南昆明 650201）

在鸡养殖过程中，繁殖是重要的一个环节，与整个养禽业的经济效益密切相关。而产蛋性能决定着种鸡的繁殖性能，也是重要的生产性能，因此在蛋鸡生产中引起了越来越多研究者的关注[1]。在家禽生产中，产蛋性能通常包括开产日龄、开产日龄体重、鸡蛋重量、产蛋数、蛋品质等指标，主要受遗传因子和内分泌因子影响。传统育种已经对我国蛋鸡产蛋性能的改善起到了积极作用，随着新兴技术的发展，相关基因的鉴定及控制其活动的分子机制逐渐被发现，为更有效地选择产蛋性能提供了机会。本文就鸡产蛋性能的内分泌因子相关的候选基因及通过全基因组关联（GWAS）挖掘的新基因的研究进展进行论述，以期为后续的研究提供理论指导。

1 鸡产蛋性能的内分泌因子

下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴是最受关注的与产蛋性能相关的内分泌机制。在光照刺激下，下丘脑分泌促性腺激素释放激素（GnRH），并由其受体（GnRHR）介导，刺激垂体分泌促卵泡激素（FSH）和黄体生成素（LH）来调节卵巢生长发育[2-3]。而LH和FSH刺激卵巢和睾丸，使性腺激素产生，引起排卵和黄体化[4-5]。近年来发现促性腺释放抑制激素（GnIH）抑制GnRH和促性腺激素的分泌，从而抑制排卵[6-8]。泌乳素（PRL）主要由垂体前叶的泌乳细胞分泌，其对家禽的孵化行为是绝对必要的，它作为产蛋性能的负调节因子，抑制促性腺激素的分泌，并导致卵巢滤泡闭锁。血管活性肠肽（VIP）具有促进泌乳素分泌的作用。经VIP调控后，PRL抑制促性腺激素的释放，从而诱导和维持鸡的孵化和行为。同时神经肽Y（NPY）是一种含有36种氨基酸的多肽，广泛分布于下丘脑。NPY激素主要作用于HPG，以激素依赖的方式影响性成熟起始。GnRH及其受体（GnRHR）启动级联反应，NPY通过其受体（Y1R）抑制GnRH分泌，控制排卵[9]。同时性腺组织产生的性激素也会反馈作用于下丘脑神经元细胞，从而在中枢神经系统的调控下使HPG形成一个封闭的反馈系统，调控鸡产蛋。

鸡的产蛋与内分泌密切相关，相关激素作用于靶器官调控产蛋。虽然调控鸡产蛋性能的内分泌激素在繁殖周期中表现出稍好的规律性，但内分泌相关激素受其他因素影响（如遗传和环境），因此这些激素含量不能作为鸡产蛋性能选育的标准。尽管通过激素注射可维持产蛋，但这种方法并不适用于现代规模化的养殖生产。

2 鸡产蛋性能候选基因的研究进展

候选基因为完善鸡产蛋性能的遗传机制提供了基础，也为阐明基因的功能、揭示鸡产蛋性能的分子遗传机制提供依据。而分子遗传标记的开发将进一步促进优良的家禽地方品种选育工作，为禽类品种资源保护、利用和开发奠定基础。

2.1 HPG轴上常见的与蛋产性能显著相关的候选基因目前在二郎山鸡中发现GnlH基因中存在5个SNPs及在北京油鸡中发现卵泡刺激素受体基因（FSHR）中存5个SNPs与产蛋性能显著关联[10-11]。在商品肉鸡中发现GnRH内含子区SNP（C537T）与双黄蛋产蛋数显著相关[12]。另外在宁都三黄鸡中发现GnRH-I的SNP（G840327C）与开产日龄显著相关[13]。研究发现VIP的3个SNPs位点（5´调控区284A/G，内含子6中42913C/T，内含子8中53527C/T）与开产日龄和产蛋量显著相关[14]，而且VIP已被发现可以抑制火鸡母鸡的孵育行为并增加产蛋量[15]。Xu等[13]研究发现血管活性肠肽I型受体（VIPR-1）SNPs（C1704887T/C1715301T），多巴胺受体D2型基因（DRD2）SNPs（T5841629C）和重组人SH3-结构域GRB2样2蛋白（SH3GL2）SNPs（T32742 468C/G32742603A）与300日龄产蛋数显著相关。PRL在启动子区有一段24 bp的插入与产蛋量显著相关[16]，Jiang等[17]也发现该基因启动子区的24 bp的插入影响母鸡的就巢行为，或许启动子区的24 bp的插入导致该基因的转录受到了特异性调控，从而影响产蛋性能。

2.2 与产蛋性能显著相关的其他基因

2.2.1 与产蛋量和产蛋数显著相关的候选基因 有研究发现，酪氨酸激酶2基因（JAK2）SNP（G28132240C）与北京油鸡40周龄产蛋数显著相关[18]，JAK与转录因子5生长激素信号通路的激活有关，是JAK2/STAT5信号通路的一部分[19-21]。骨膜蛋白（POSTN）和血小板来源生长因子受体样蛋白（PDGFRL）已被证实与中国大沽母鸡产蛋数显著相关[22]。最近发现京红鸡的rap鸟嘌呤核苷酸交换因子6基因（RAPGEF6）SNPs（A15829057G/A15829303G）、大沽母鸡中叉头盒L2基因（FOXL2）SNP（A238G）、宁都三黄鸡中多巴胺受体D2型基因（DRD2）SNP（T5841629C）及生长分化因子9基因（GDF9）SNP（G1609T）与蛋产量显著相关[13,23-24]。且FOXL和GDF9与卵巢生长、成熟和排卵显著相关[25-28]，可能成为产蛋性能的分子遗传标记。

2.2.2 与开产日龄和开产日龄体重显著相关的候选基因 经验证发现黄体生成素/人绒毛膜促性腺激素受体基因（LHCGR）SNP（G4058A/T4099G）及骨形态发生蛋白15基因（BMP15）SNP（T1773C）与鸡的开产日龄及开产日龄体重显著相关[29-30]。LHCGR是蛋白偶联受体的成员之一，调节黄体生成素（LH）和绒毛膜促性腺激素（CG）。研究发现MMP13基因的启动子区SNP（G-1356A）及信号传导子转录激活子5b基因（STAT5b）5' 侧翼区SNP（C-1591T）与开产日龄显著相关[31-32]。其中基质金属蛋白酶（MMPs）及其相关内源性抑制剂（TIMPs）协同作用促进了鸡的卵泡发育。

2.2.3 与蛋品质显著相关的候选基因 低密度脂蛋白受体相关蛋白8基因（LRP8）是哺乳动物低密度脂蛋白受体相关基因家族的成员之一[33]。研究发现LRP8是蛋壳基质蛋白的新成员，开放阅读框区SNP（C1623T）与壳体形状、强度、厚度及蛋壳颜色显著相关[34]。卵抑制物基因（OIH）SNP（A4363G）与鸡哈氏单位显著相关[35]。

3 鸡产蛋性能新基因的挖掘

近几年，GWAS鸡产蛋性能上各项指标（开产日龄、开产日龄体重及开产日龄蛋重、产蛋数、蛋重、蛋品质）的研究也有了新进展。目前研究显示63个SNPs及相应的34个候选基因与鸡产蛋性能显著相关，主要位于染色体1、2、4和5上，其中染色体1上有17个SNPs，染色体2上有4个SNPs，染色体4上有5个SNPs及染色体5上有26个SNPs，见表1。

3.1 开产日龄、开产日龄体重及开产日龄蛋重 通过GWAS进行分析，Liu等[36]研究发现在13号染色体上的1个SNP（GGaluGA092322）与开产日龄显著相关，候选基因是oz/ten-m同源基因2（ODZ2）。而ODZ2对神经系统的发育非常重要，且在鸡的视神经系统中高表达[43-44]。有研究发现，位于5号染色体上38.62～38.69 Mb的5个SNPs与开产日龄显著相关，候选基因是Tuberin样蛋白1（GARNL1）[41]。Fan等[37]研究发现9个SNPs与开产日龄体重显著相关，其中4个SNPs位于1号染色体151.3～154.9 Mb区域，2个SNP位于1号染色体173.0～175.2 Mb区域，3个SNP位于4号染色体上的78.7～85.2 Mb区域；而相应的候选基因分别是miR-15a、磷脂酰基醇蛋白聚糖6（GPC6）、LOC101751412、LOC101 748963、低聚高尔基复合体的组成6（COG6）、序列相似性家族184成员B（FAM184B）和亨廷顿蛋白（HTT）。GPC6与人的软骨内骨化有关[44]。染色体1上一个基因组区域（61.72～61.77 Mb）的6个SNPs与开产蛋重显著关联，候选基因是猫眼综合征染色体候选基因1（CECR1）和猫眼综合征染色体候选基因2（CECR2）[39]，而CECR2可能与鸡的胚胎发育有关。

表1 通过GWAS识别到与鸡产蛋性能各项指标显著相关的SNPs及相应的候选基因

3.2 产蛋数 Liu等[36]研究发现与产蛋数相关的SNPs（GGaluGA315030）位于7号染色体上21.67 Mb，其候选基因是生长因子受体结合蛋白14（GRB14）。而在哺乳动物中，GRB14在卵巢、肝脏和肾脏中都是高度表达的[45]。GRB14与胰岛素受体（IR）和胰岛素样生长因子受体（IGFR）相互作用，可能在酪氨酸激酶受体（Tkr）信号通路中发挥抑制作用[46-47]。IGF和IGFR可调节鸡的卵巢功能和卵泡发育[1,48]。另外在京海黄鸡中检测到4个SNPs与产蛋数显著关联，其中2个SNPs位于11号染色体上23.3～23.5 Mb区域，候选基因是核心结合因子β亚基（CBFB）；一个SNP（rs13905010）位于1号染色体，候选基因是gap连接蛋白a5（GJA5）；1个SNPs（rs15938574）位于2号染色体上，候选基因是丝氨酸/苏氨酸激酶31（STK31）[37]。Liao等[42]在性染色体Z上发现了SNPs位点（ss1985401199），该位点与25～45周龄产蛋数显著相关联。另外1、5和23号染色体上发现23个SNPs与产蛋数显著相关，候选基因分别是KIAA1549、通用转录因子II A肽1（GTF2A1）、石蛋白2（STON2）、钙调蛋白1（CALM1）、LOC423393和卡环（CLSPN），其中21个SNPs位于5号染色体上40.15～43.16 Mb[38]。另外有研究发现，在5号染色体上与产蛋量相关联的QTL区（38.62～38.69 Mb）与40.1～43.16 Mb区相距1.41 Mb，该区域可能是与产蛋性能相关的重要QTL区[41]。

3.3 蛋重 在京海黄鸡中发现5 SNPs（rs13929546、rs14254270、rs14085822、GGaluGA265806、GGaluGA265645）分别位于染色体1、2、3、4上，与蛋重显著关联，候选基因分别是Ras 2激酶抑制基因连接增强子（CNKSR2）、中介复合物亚基30（MED30）、CDC42结合蛋白激酶（CDC42BPA）、Kv通道相互作用蛋白4（KCNIP4）、增殖激活受体共激活因子1（PPARGC1A），其中4号染色体上2个SNPs位于76.5～77.4 Mb区[37]，而有研究发现SNP（ss1985401190）位于4号染色体上，与25～45周蛋重显著相关，候选基因是shroom家族成员3基因（SHROOM3），与76.5～77.4 Mb区相距27.3 Mb，该区域可能是与产蛋性能相关的重要QTL区[42]。而这些显著的SNPs及QTL的发现加速了鸡产蛋性能遗传机制的研究进展。

3.4 蛋品质 有研究发现，2个显著SNPs（rs13636444、rs14411624）分别位于2和3号染色体上，与40周蛋壳重量显著相关，候选基因是多肽N-乙酰半乳糖氨基转移酶1（GALNT1）和BLK[36]。GALNT1突变可导致人类卵巢癌[49]。因此，正常的GALNT1或许可以使卵巢功能保证正常。同时有研究发现在11号染色体上SNPs（rs14022717）与60周龄蛋壳重显著相关，候选基因是锌指蛋白蛋白536（ZNF536）[36]。ZNF536基因是一种转录抑制因子[50-51]，这是首次报道ZNF536可能影响鸡的蛋壳重。1号染色体上的2个SNPs位于171.22～179.35 Mb区，与40周龄蛋壳厚度显著相关，相应的候选基因是LOC418918和ENOX1[36]；另外有研究发现，在1号染色体上与蛋壳厚度相关联的QTL与171.22～179.35 Mb区相距70 Mb[52]，该区域可能是与产蛋性能相关的重要QTL区。研究发现，26号染色体上的2个SNPs位于34.53～34.54 Mb区，与蛋壳厚度显著相关[42]。

4 其他调控卵泡机制的基因

在调控卵泡、卵巢的发育和成熟上，研究者发现了许多新的基因与鸡产蛋性能显著关联，加深了对鸡产蛋性能候选基因的认识。研究禽类的卵巢及卵泡发育机制对于提高家禽的繁殖性能有非常重要的意义。而卵泡的发育一搬包括卵泡的生长、优势卵泡的挑选及卵泡的分化等，是一个非常复杂的过程；且卵泡的发育是胞外基质重建的过程，胞外基质的维持与金属蛋白酶（MMPs）和它的组织抑制因子（TIMPs）相互协调而控制。有报道表明，MMP-1、MMP-3、MMP-9对禽类卵巢的成熟有重要作用，但在卵巢的发育过程中的功能却不相同。研究发现鸡的PAPPA2基因可能以旁分泌或自分泌的方式调控卵泡的生长发育。另外也有研究发现TNRC6A基因与鸡卵巢、卵泡发育密切相关，而miR-26α可能负调控TNRC6A，导致TNRC6A表达量下降[53]，从而影响鸡的卵巢及卵泡发育，其具体的机制还需进一步证明。由于卵泡发育过程复杂而精细，其机制目前为止还未完全解释清楚。

4 小结与展望

随着对鸡产蛋性能候选基因挖掘的不断深入，候选基因数量不断增加，为鸡育种工作提供了更多的技术手段，极大地缩短了育种进程，促进了鸡产业的发展。在研究进程中，候选基因法能识别许多候选基因，但这些基因的调控机制尚不清楚，基因的功能验证有助于阐述这些机制。近年来，GWAS已挖掘到许多与产蛋性能显著相关的SNPs和新基因。而目前该领域存在的问题：①在进行GWAS时，由于数量性状具有微效多基因控制的机制，容易受到复杂环境因素的影响，效应较弱的遗传因子不容易被检测到，而整合分析法可以克服小样本研究检测效力不高的缺陷，提高结果的可靠性。②GWAS只检测表型与基因型的关联情况，而基因的功能验证明显不足。③不同群体研究结果由于群体遗传背景不同，群体太小及研究方法的误差导致研究结果重复性差，所以设计合理的实验方案非常必要。另外Refseq通过高通量测序技术检测繁殖性能差异的候选基因，并进行功能注释和富集分析，构建产蛋性能相关的候选基因的网格图调控图，解释鸡产蛋性能的遗传机制也是未来研究的重点方向。