牛羊乳房炎抗性育种研究进展

张生伟，高小莉

（1.甘肃省农民教育培训工作总站，甘肃 兰州 730030；2.甘肃农业大学 动物科学技术学院，甘肃 兰州 730070）

乳房炎是动物机体在环境、管理、病原微生物、遗传等各种因素的刺激下，乳腺组织发生的一种炎症性反应，是所有产奶动物都可发生的一种疾病，但以牛羊最为常见。乳房炎导致动物产奶量下降、乳品质降低，甚至影响动物的繁殖性能。目前，尽管在牛羊乳房炎发病因素、临床诊断和抗生素治疗等方面取得了一定进展，但牛羊乳房炎致病的分子机理仍不清楚。在畜牧业高质量发展进程中，只有利用分子生物学育种新技术从遗传学角度选育对乳房炎具有抗性的新品种，才是消除乳房炎最有效的方法。

1 SNP技术在牛羊乳房炎抗性育种中的应用

SNP（单核苷酸多态性）是基因组核苷酸水平上的变异引起的基因组DNA序列多态性，当前SNP技术广泛应用于生物分子育种，具有检测方便、代表性强和稳定遗传等优点[1]。抗菌肽是动物先天性免疫的重要效应因子，是机体抵御病原微生物入侵的第一道防线[2]。研究发现，抗菌肽GNLY基因在不同品种绵羊中存在丰富的多态性，其GC16中的SNP与绵羊乳房炎的抗性有极大关联，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌及沙门氏菌具有一定的抑制作用[3]。因此，GNLY基因的SNPs主要通过抑制各种病原菌的入侵，抑制牛羊乳房炎的发生，该基因可作为牛羊乳房炎抗性育种的辅助标记。CACNA2D1基因在动物肌肉生理中起着重要作用，该基因突变会导致一系列动物遗传性疾病的发生[4]。王梦琦等[5]利用飞行质谱法发现LF基因5'-UTR区有2个SNPs，并利用多因素方差分析法对866头中国荷斯坦奶牛的泌乳性状和临床乳房炎发生次数进行关联分析，结果发现LF-131C＞T位点对SCS有极显著影响。因此，CACNA2D1和LF基因也可用于牛羊乳房炎抗性育种的分子辅助标记。虽然通过检测分析抗牛羊乳房炎相关基因的SNPs，可以确定影响牛羊乳房炎的相关功能基因，提高牛羊乳房炎抗性育种的准确性和时效性。但牛羊乳房炎抗性育种中多基因作用于同一性状、同一基因的不同等位基因之间的关联性状的效应不同，所以SNP技术在分子育种中还需进一步研究。

2 通过筛选候选基因进行牛羊乳房炎抗性育种

目前，对于乳房炎候选基因的研究主要集中在奶牛上，研究者通过候选基因筛选，筛选出了HSP70、Toll样受体家族基因、MHC基因等多个乳房炎抗性基因。在绵羊乳房炎研究中也发现了一些与其相关的基因，尔来西肯·赛都力等[6]对湖羊乳房炎发病率的调查发现，趋化因子及其受体在诱发炎症反应中起重要作用，可清除病原微生物，修复组织损伤。CXCR1基因是IL-8的受体之一，李旺平等[7]研究发现CXCR1基因的mRNA在临床型绵羊乳房炎的乳腺组织中表达较高，且在miRNAs的作用下，通过与其受体结合，诱导炎性细胞向病变部位迁移，并发挥相应作用。王梦琦等[8]对奶牛的研究也发现，CXCR1基因的一个SNP位点816（A＞C）与奶牛临床乳房炎的发生次数显著相关，表明该基因可作为牛羊乳房炎抗性育种的关键候选基因。研究发现，干扰或超表达奶山羊乳腺上皮细胞中的CD36后，下游炎症反应关键转录因子NF-κB和AP-1被激活，且干扰或者缺失CD36脂肪酸结合区域时，GLA在抑制LPS诱导的炎症反应中的功能将会减弱，同时影响NF-κB的活性及下游炎性因子的表达[9]。因此，CD36可作为牛羊乳房炎抗性育种的关键基因。李讨讨等[10]对牛羊乳房炎转录组结果的富集分析发现，TLR1、TLR2、TLR4、TLR7和TLR10基因在牛羊乳房炎发生过程中均能发挥作用，因此这些基因可作为牛羊乳房炎抗性育种的关键候选基因进行进一步研究。

在畜牧业育种实践中，把牛羊抗乳房炎基因作为遗传标记进行辅助选择，可选育出对乳房炎具有强抗病力及产乳量多的个体，不仅能减少治疗乳房炎的经济成本，还能增加产乳量，提高养殖效益。但目前很多抗牛羊乳房炎候选基因的具体遗传机制仍不明确，对其分子标记也知之甚少，对绵羊乳房炎的抗性研究较少，受遗传因素和环境因素的影响，牛羊抗乳房炎候选基因的研究工作还存在一定难度。牛羊乳房炎为多基因共同调控性状，多个基因之间的相互作用加大了候选基因筛选及抗病育种工作的难度，牛羊乳房炎抗病育种时除了筛选关键候选基因和分子标记辅助选择外，还需结合表观遗传等其他技术进行进一步探究。

3 从表观遗传学角度进行牛羊乳房炎抗性育种

研究发现，基因组含有两类遗传物质，除了传统意义上的DNA遗传信息以外，还有一些基因组DNA的修饰信息，即表观遗传调控。包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA和染色质重塑等。很多研究表明，表观遗传出现异常调控与动物炎症性疾病的发生和发展有关，因此很多学者开展了表观遗传在牛羊乳房炎调控方面的科学研究。

在真核生物众多的表观调控中，DNA甲基化作为常见的机制之一，不仅具有个体特异性，还可以稳定遗传，对动物的生产、繁殖及疾病等有重要影响[11]。Song等[12]对奶牛外周血淋巴细胞进行全基因组甲基化和转录组测序，联合分析发现存在甲基化变化的差异表达基因共58个，其中神经调节素1（NRG1）、巨噬细胞刺激1（MST1）和N-乙酰转移酶9（NAT9）等基因参与乳房炎感染相关过程，可作为提高牛乳房炎抗性的分子标记。因此，对牛羊乳房炎抗性基因DNA甲基化的研究，可以为乳房炎抗病育种提供理论依据。

染色质的基本组成单元（核小体）由DNA和组蛋白构成，其中组蛋白是染色质的核心蛋白质，其N-末端氨基酸残基可通过多种化学修饰（甲基化、乙酰化等）调控基因的转录和抑制，在很多肿瘤的生长增殖中起关键调节作用，如前列腺癌、乳腺癌、肺癌和肝癌等[13]。

miRNA是一类小型、内源性的非编码RNA，是生物基因调控网络的重要组成部分，参与细胞的生长发育、分化、凋亡等过程，对机体炎症免疫调控具有重要意义，是感染乳房炎期间免疫相关基因表达水平的关键调节剂[14]。Ju等[15]通过Solexa测序的方法分析金黄色葡萄球菌感染乳房炎过程中miRNA的变化情况，共检测到277个已知miRNA和49个新miRNA，其中有29个差异表达的miRNA可能是影响金黄色葡萄球菌感染乳腺组织后对免疫系统及在乳房炎组织损伤和修复中起重要作用的调节性miRNA。但每个差异表达的miRNA在乳房炎发生过程中的具体作用并不清楚。因此，鉴定与炎症和免疫反应相关的miRNA靶基因和与miRNA相关的SNP，对阐明乳房炎易感性的分子机制至关重要。miRNA中的SNP及其靶基因结合位点会影响miRNA的功能，并参与其生物学过程。

4 展望

当前，应用分子生物学技术在牛羊抗乳房炎性状的选育研究方面有很大进展，但在牛羊抗乳房炎抗性育种方面仍有很多问题亟待解决。在分子遗传学快速发展的时代，对牛羊乳房炎表型信息具有影响的基因序列也将被逐渐解码。要综合考虑表观遗传标记和遗传分子标记双因素，筛选牛羊乳房炎抗性稳定表观遗传标记和靶基因，争取选育出对乳房炎具有较强抗性的牛羊新品系，助力畜牧业健康高质量发展。