猪产仔数性状候选基因研究进展

周 梅，张 玉，王重龙*

(1. 安徽省农业科学院 畜牧兽医研究所, 猪分子数量遗传学安徽省农业科学院重点实验室,畜禽产品安全工程安徽省重点实验室，安徽合肥 230001;2. 农业农村部猪肉质量安全控制重点实验室，安徽 亳州236700;3. 宁国市农业农村局，安徽 宁国 242300)

据中国统计年鉴记载，猪的存出栏量以及猪肉产品的量一直位居所有家畜之首，可见猪在畜产品行业占据着极其重要的地位。根据2011年《中国畜禽遗传资源志·猪志》记载，中国现有地方猪品种76个，其中高产仔数的梅山猪、二花脸猪和嘉兴黑猪在国内外均具有很大的影响力[1-2]。产仔数作为猪最重要的经济性状之一，对猪场效益有直接影响。而在影响猪产仔数众多因素如环境、营养水平、年龄、遗传以及品种中，遗传因素是主要原因。而猪产仔数性状受多基因控制，要找到真正的主效基因和基因突变非常困难，因此，对其进行挖掘一直是遗传育种领域的热点。目前，国内外科学家已经利用最新的生物技术如全基因组关联分析、全基因组重测序、全基因组甲基化测序、蛋白质组学、代谢组学、肠道微生物、以及单细胞测序等技术成功鉴定了一些猪产仔数主效基因和候选基因。

1 猪产仔数性状相关基因

据报道，受精率、排卵率、子宫容积和胎盘效率是影响猪产仔数的主要因素，因此对影响这几个性状的基因进行研究可能为解释产仔数差异提供新的思路[3]。目前，已经报道的与这些性状相关的基因主要有雌激素受体基因(Estrogen receptor,ESR)、促卵泡素β基因(Follicle-stimulating hormone beta subunit,FSHB)、骨形成蛋白家族基因(Bone morphogenetic protein (BMP) families)、生长分化因子9基因(Growth differentiation factor,GDF9)、催乳素受体基因(Prolactin receptor,PRLR)、视黄醇结合蛋白4基因(Retinol-binding protein 4,RBP4)、骨桥蛋白基因(Osteopontin,OPN)以及褪黑素受体1A基因(Melatonin receptor 1a,MTNR1A)等，但已被定位的产仔数主效基因仅有ESR和FSHB两个，其他均为微效基因[4-6]。这些基因正是通过在猪的排卵、受精、妊娠或胚胎发育等方面各自发挥作用并最终对猪的产仔数产生影响。

1.1 ESR基因

雌激素由哺乳动物的卵巢和胎盘分泌，在雌性动物的生殖活动中作用极为重要，ESR广泛存在于动物体多个器官或组织的细胞核、细胞质以及细胞膜中，其中位于细胞核的ESR能够与雌激素特异性结合对下游基因的转录进行调控，在雌性动物子宫生长、卵泡发育、胚胎着床以及泌乳等活动中发挥非常重要的作用。猪ESR基因由8个外显子和7个内含子构成，位于1号染色体上。

ESR是1996年Rothschild等[7]发现的首个与猪的产仔数密切相关的基因，他们利用候选基因法发现中国梅山猪中ESR基因一个特定等位基因与产仔数相关，具有50%梅山猪血统合成品系BB型比AA型母猪第一胎和平均产仔数分别多2.3头和1.5头，且在大白猪后代中也得到了类似的结果，该研究结果对于商品猪的育种工作具有极其重要的指导意义。2000年，van Rens等[8]研究发现，ESR基因BB型母猪的产仔数比AA型多，但是两种基因型猪排卵前血浆中促黄体素(Luteinizing hormone, LH)、雌激素以及孕酮(Progesterone, P4)的浓度并无明显差异，且黄体数和妊娠第35/36天二者的胚胎数量均无差别，进一步研究发现BB型猪的子宫容量大于AA型，然而每个胚胎占据的子宫空间基本相同，这就导致胚胎发育后期AA型猪胎儿死亡率高于BB型，从而导致产仔数减少。Alfonso[9]报道，ESR基因的PvuII位点多态性与猪的产仔数相关，其中AA型猪的产仔数显著低于BB型和AB型。另外也有报道B等位基因对猪的产仔数具有明显的加性效应，且该位点在国内外猪种中的基因频率分布差异很大，其中B等位基因和A等位基因分别是中国地方猪种和外来猪种的优势等位基因，仅有少数报道例外，可能是因为猪的品种效应导致的[10-11]。Laliotis等[12]研究发现，ESRβ基因BB型个体的总产仔数(Total number boin, TNB)和产活仔数(Number boin alive, NBA)比AA型和AB型平均高出约2头，AA型和AB型之间无明显差异。虽然已经发现ESR基因确实存在多个影响猪产仔数的分子标记，但总的来说，目前科学家们对ESR基因影响猪产仔数遗传机制尚未达成统一的定论，原因可能在于基因的多效性，但这些分子标记对于今后高产仔数分子育种仍具有一定的指导意义。

1.2 FSHB基因

促卵泡素(Follicle-stimulating hormone, FSH)是由哺乳动物垂体前叶的嗜酸性细胞分泌的一种糖蛋白激素，由α和β两条亚基构成，对于雌性动物的卵泡和卵巢的生长发育以及排卵等过程极为重要[13]，其中编码β亚基的是FSHB基因，猪FSHB基因由3个外显子和2个内含子构成，位于2号染色体上。研究发现，猪的排卵方式与人、牛和羊相似，均以卵泡波的方式呈现，而每个卵泡波的启动都是在FSH浓度达到峰值时出现的，FSH在促进卵泡发育和生长的同时还能抑制其凋亡，且对雌二醇的分泌也具有促进作用[14]。李鹏飞等[15]对猪卵巢颗粒细胞进行分离培养并测定FSH对颗粒细胞的影响，发现随着FSH浓度的增加颗粒细胞的数量也呈不断上升趋势，另外还发现在一定的浓度范围内颗粒细胞分泌雌二醇的能力会随着FSH浓度的增加而升高，但FSH浓度过高反而会抑制颗粒细胞分泌雌二醇。而颗粒细胞的增殖和分化及其分泌的生殖激素对于卵泡的发育及排卵等活动尤为重要，因此，将FSHB基因作为主效基因来研究其对猪卵巢中最重要的卵泡发育的影响能够更好地阐释猪产仔数的差异形成机制。

Zhao等[16]首次证明了FSHB基因是影响猪产仔数的主效基因，AA型和AB型母猪平均每胎产仔数比BB型多1.5头，该结果也在杜洛克、长白猪以及约克夏猪中得到验证。之后，陈来华等[17]在大白猪中检测到FSHB基因的3种基因型，其中AA型和AB型母猪的TNB和NBA显著高于BB型，且在初产母猪中该效应较经产母猪更为明显，这与Rohrer等[18]的研究结果一致;此外，他们还发现FSHB基因AA型母猪的胎盘效率显著高于AB型和BB型，原因可能在于携带A等位基因猪的胎盘质量更小，血管分布更为密集，从而在有限的子宫容积内争取更多营养以提高仔猪的成活率。然而，方宇瑜等[19]研究发现FSHB基因多态性与苏淮猪的TNB和NBA均无明显关联，原因与前面介绍的ESR基因类似，均是产仔数性状调控机制的复杂性及影响因素的多样性所致。

1.3 BMP家族基因

BMP家族的成员很多，其中骨形成蛋白15(Bone morphogenetic protein,BMP15)和骨形成蛋白受体1B(Bone morphogenetic protein receptor,BMPR1B)被认为是影响猪产仔数的候选基因。BMP15是一种由卵母细胞分泌的生长因子，通过抑制FSH分泌、促进颗粒细胞的增殖以及促进卵母细胞有丝分裂等在哺乳动物早期卵泡发育中发挥重要作用[20-22]。

吴井生等[23]对小梅山猪和大白猪BMP15基因外显子2上BcuⅠ位点多态性进行检测并与产仔数进行关联分析发现，该位点对小梅山猪TNB和NBA均有显著影响，其中AA型产仔数最高，BB型产仔数最低，然而，在大白猪中，该位点仅对第一胎TNB和NBA有显著影响，表现为AA型>AB型>BB型。宋一萍等[24]分析了BMP15和BMPR1B基因共3个多态位点在5个山东地方猪品种(莱芜猪、鲁莱黑猪、里岔黑猪、鲁烟白猪、新沂蒙黑猪)和3个引进猪种(大约克夏、长白、杜洛克)中的基因频率，发现这两个基因在地方猪种和引进猪种之间的基因型频率分布差异很大，分析发现两个基因对猪产仔数均有显著影响，其中BMP15基因AA型引进猪种比地方猪种TNB和NBA平均多1.20和1.64头；CC型引进猪种比地方猪种TNB和NBA平均多1.20和0.82头；BMPR1B基因AA型地方猪种TNB和NBA比BB型平均多0.49头和0.51头，而BB型引进猪种比AA型TNB和NBA平均多1.05和0.90头。此外，林鹏飞等[25]检测了贵州宗地花猪经产母猪BMPR1B基因的多态性，发现外显子6上的两个突变位点(G595C和C643T)各胎TNB和NBA均表现为AA>AG>GG、BB>BT>TT，且达到差异显著水平。上述分子标记可为中国高繁殖力地方猪品种选育提供良好的理论素材。

1.4 GDF9基因

GDF9是转化生长因子超家族的主要成员之一，位于猪的2号染色体上，仅包含2个外显子和1个内含子，同BMP15一样，也是由卵母细胞分泌的生长因子，对于卵泡的发育非常重要，因此被McIntosh等作为控制猪排卵率的候选基因进行研究，但在多个品种猪中均未发现GDF9基因影响产仔数的直接证据[26]。之后，张璐等[27]也得到了类似的结果，但除此之外他们还发现GDF9和FSHB基因的第一内含子上均存在一个Alu插入序列，将二者Alu序列多态性进行联合分析发现二者合并基因型对猪产仔数影响极显著，说明GDF9基因本身虽然对猪的产仔数没有影响，但它与影响猪产仔数的主效基因FSHB密切相关，对于高产仔数主效基因的寻找乃至高产猪的育种意义同样重大。然而，林鹏飞等[28]在贵州宗地花猪母猪中检测到GDF9基因外显子2上的的两个多态位点C1009T和T1014C，该报道称这两个位点对母猪的TNB和NBA均有显著影响，可以作为贵州宗地花猪母猪标记辅助育种的重要分子标记。

1.5 PRLR基因

催乳素与FSH一样也是由垂体前叶的嗜酸性细胞分泌的一种蛋白类激素，对于雌性动物乳腺发育、泌乳以及促黄体素受体(Luteinizing hormone receptor, LHR)的生成均具有促进作用等。催乳素通过与其受体结合参与雌性动物排卵、黄体生成以及孕激素和雌激素的分泌[29-30]。猪PRLR基因被定位于第16号染色体上，由8个外显子和7个内含子组成。

Vincent等[31]首次将PRLR基因作为猪产仔数候选基因进行研究，他们发现在部分猪种中PRLR基因与TNB和NBA显著相关。之后，国内外学者对其展开了广泛地研究，2009年，曹果清等[32]对大白猪、马身猪、山西黑猪和山西白猪4个品种中PRLR基因多态性进行检测发现，该基因第10外显子上的NaeⅠ多态位点与母猪的产仔数显著相关，在4个猪品种中均无BB基因型出现，且AA型母猪初产的TNB和NBA均显著高于AB型，这对于猪育种工作中有利基因型的选择颇具意义。同年，孙延晓等[33]对5个山东地方猪品种和3个引进猪种中PRLR基因多态性进行检测发现，在这两个猪种中，AA型母猪的TNB和NBA均显著高于BB型。另外，石建中等[34]称PRLR基因第8内含子上存在的一个多态位点对猪产仔数存在一定的影响，虽然差异未达到显著水平，但携带A等位基因母猪的产仔性能均优于其他基因型个体。熊琪等[35]的研究表明，PRLR基因与清平猪F1代妊娠期极显著相关，与TNB和断奶仔猪数显著相关，但其对繁殖性状有利的等位基因同时容易出现仔猪弱仔性状，因此在实际应用中需谨慎。以上研究结果表明PRLR基因对猪产仔数存在多方面的影响，该基因的某些位点可能对产仔数有利，但同时又可能会对猪产生一些非常不利的影响，在猪产仔数性状分子育种应用中需充分权衡利弊，降低风险。

1.6 OPN基因

胚胎死亡率是限制哺乳动物中繁殖效率的重要因素之一，对繁殖效率的贡献约占到25%～60%[36]，因而探明动物胚胎发育机制对于提高动物的繁殖效率非常关键。OPN是一种分泌型糖基化磷蛋白，主要成分是精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸，在哺乳动物的乳汁、子宫和胎盘等组织中表达，对于动物泌乳、受精、胚泡着床以及胎盘形成等均十分重要[37-40]。猪OPN基因位于8号染色体上，由7个外显子和6个内含子构成。据报道，OPN是猪、绵羊以及灵长类动物子宫-胎盘微环境的主要成分，影响整个妊娠期子宫-胎盘界面粘附和信号转导所需的组织营养素成分[36]。Garlow等[41]检测猪子宫和孕体中OPN表达和功能发现，由子宫上皮和免疫细胞表达的OPN可以与子宫和孕体上的受体(即整联蛋白)相互作用，从而促进孕体发育和组织间的信号传导，是猪胎盘附着和形成的关键影响因子。

早在1999年，罗仍卓么等[42]在检测长白猪、大白猪和北京黑猪中OPN基因第 6 内含子上305 bp片段缺失多态性时发现，OPN基因在长白猪和大白猪中均存在多态性，但在长白猪中，AA型初产母猪TNB和NBA最高，而在经产母猪中，则是AB型TNB和NBA最高且显著高于另外两种基因型；而在大白猪中，无论初产还是经产母猪，AB和BB型TNB和NBA均显著高于AA型。之后，李不学等[43]对长白猪进行研究也发现OPN不同基因型对初产和经产母猪的影响均表现为AA>AB>BB，这与罗仍卓么[42]和李千军等[44]的研究结果一致。甘乾福等[45]发现OPN基因第6 136 bp 处发生的C→A突变虽然是同义突变，但对初产槐猪TNB以及经产槐猪TNB和NBA均有显著影响，且CC和AA型的TNB均显著高于CA型。然而，该位点对长白猪、大白猪和杜洛克猪TNB和NBA均无明显影响。但刘乙等[46]在探讨OPN基因多态性对大白猪产仔数影响的时候发现，对于经产母猪而言，AA型TNB最高，但在NBA上则表现为BB>AA>AB，与甘乾福等人的研究结果存在差异。以上研究说明OPN基因对猪产仔数的影响受到品种和胎次等因素的制约，在实际生产中需要综合多方因素开展育种工作。

1.7 MTNR1A基因

褪黑素是由哺乳动物松果体产生的一种胺类激素，能够调节内分泌活动并抑制排卵。据报道，动物在夏季夜间分泌褪黑素的持续时间最短，导致该季节母猪生育能力下降和青春期延迟。先前的研究发现MTNR1A基因位于染色体SSC17区域。1998年，Rothschild等[47]首次将MTNR1A基因作为猪繁殖性状候选基因进行研究，并推测该基因可能是猪产仔数性状候选基因之一。然而，王晓凤等[48]对大白猪和长白猪中MTNR1A基因多态性进行检测时发现在该基因+159 bp处存在一个G→A同义突变，但该突变对两个品种猪的产仔数均无显著影响。之后，Ramírez等[49]又发现在猪MTNR1A基因的外显子2上存在一个T162C同义突变，对该位点在伊比利亚克斯梅山杂交品系中的多态性进行检测发现，MTNR1A基因对该杂交品系猪TNB和NBA均具有加性和显性效应，且在夏季的加性效应以及在秋季和冬季的显性效应均达到显著水平，表明这种加性和显性效应的季节性变化可能是由于光周期对褪黑素分泌的模式和持续时间的影响导致的。由此可见，MTNR1A基因对猪产仔数的影响与其他基因可能不太一致，该基因与环境间复杂的互作关系可能导致猪产仔数性状的变异。

2 其他可能影响猪产仔数的基因

除了以上介绍的基因以外，还有一些基因可能也与猪产仔数存在一定的联系，包括：促黄体素受体基因(LHR)、视黄酸受体γ基因(RARG)，转化生长因子β1基因(TGFβ1)，表皮生长因子基因(EGF)，猪前列腺素内过氧化物酶2基因(PTGS2)，视黄醇结合蛋白4基因(RBP4)，胰岛素样生长因子基因(IGF)、瘦素受体基因(LEPR)等等，但目前证明它们影响猪产仔数的证据还不够充分，有待于更多科学试验结果来证实。总之，猪产仔数候选基因的筛选之路还很漫长，未知的调控机制还需要一代又一代科研工作者坚持不懈地去挖掘、去探索。

3 小结与展望

综上所述，虽然目前已经发现了一些猪产仔数主效基因和候选基因，且随着猪基因组研究的不断深入，越来越多候选基因或数量性状基因座(quantitative trait loci, QTL)因被认为与猪产仔数相关而得到广泛的研究，但是总的来说，在已经公布的1 007个猪产仔数QTL中(https://www.animalgenome.org/cgi-bin/QTLdb/SS/traitmap?trait_ID=710)，绝大部分基因的功能研究都缺乏深度，且多项研究仅针对单个基因，考虑产仔数作为数量性状本身的特性以及基因之间的互作，对多个基因进行联合分析可能更有助于阐释猪产仔数的差异形成机制，从而更好地指导猪的分子育种工作。