影响奶牛产奶性状候选基因研究进展

吕瑞青， 远永来 ， 岳草子， 吴建宇， 郭春辉， 王志伟

（1.河南省安阳市动物卫生监督所，河南安阳455000；2.河南省周口市西华县农业农村局，河南西华466600；3.河南省畜牧总站，河南郑州450000；4.周口市农产品质量安全检测中心，河南周口466000）

奶牛的产奶性状主要由产奶量、乳脂量、乳脂率、乳蛋白量和乳蛋白率等组成，由多基因控制，同时受到包括遗传、营养和环境等多种因素影响。改良奶牛产奶性状是近年来遗传育种研究的热点之一，总体来说，传统的选育方法对奶牛产奶性状的改良效果甚微且进展缓慢， 如果能找到影响奶牛产奶性状的关键基因， 进而应用于标记辅助选择，将可能大大加快遗传进展。

候选基因策略，即鉴定和利用与奶牛产奶性状潜在的、显著关联的候选基因，在分子水平上调控产奶性状的关键基因或与其存在紧密调控关系的分子或者小分子，从而直接对奶牛进行基因型选择或标记辅助选择，进而彻底改良和完善奶牛产奶性状，无疑将会带来巨大的经济效益和社会效益。

1 与奶牛产奶性状相关的候选基因

影响奶牛产奶性状的基因较多，现将ABCG2、BLG、CSN3、DGAT1、OPN、POU1F1、PPARGC1A、SCD1和SYP19 等基因的研究现状加以综述（表1）。

表1 奶牛产奶性状候选基因研究进展

1.1 ABCG2 基因 ATP-结合盒转运蛋白G 超家族2（ABCG2）能够促进奶牛分泌维生素K3、胆固醇等营养物质进入牛奶中。 其在乳腺腺泡中广泛表达（Mahnke 等，2016）。 牛的ABCG2 基因由16 个外显子和15 个内含子组成， 定位于6 号染色体上。 Soltani 等（2016）以408 头伊朗荷斯坦奶牛为研究对象， 采用PCR-RFLP 的方法研究了ABCG2 基因与产奶性状之间的相关性， 分析表明，Y581S 多态性位点与产奶性状之间存在显著相关，其中AA 基因型个体乳脂率（P< 0.01）和乳蛋白率（P< 0.05）均显著低于AC 基因型，当碱基C 突变为碱基A 时，乳蛋白率和乳脂率分别提高了0.07%和0.29%。

1.2 BLG 基因和CSN3 基因 牛乳蛋白主要包括乳清蛋白和酪蛋白，其中，K-酪蛋白（CSN3）基因和β-乳球蛋白（BLG）基因是对奶牛产奶性状存在较强影响的两个基因。 CSN3 是牛乳中含有少量磷酸基的磷蛋白之一， 在酪蛋白微团的稳定性方面起着至关重要的作用， 而且对奶牛产奶性状及乳成分和奶酪品质均有一定程度的影响，牛CSN3 基因定位于6 号染色体上， 由5 个外显子和4 个内含子组成（Khabiri 等，2014）。 BLG 在牛奶中主要以二聚体的形式存在， 与维生素和脂肪酸有很强的结合能力。 BLG 基因定位于牛11 号染色体上。 Zaglool 等（2016）以200 头埃及荷斯坦-弗里斯兰奶牛为研究对象， 利用PCR-RFLP和DNA 直接测序的方法研究了BLG 基因与产奶性状之间的相关性，结果表明，当用HaeⅢ酶切一段长为447 bp 的PCR 产物后，共出现AA、AB 和BB 三种基因型， 测序后发现T301C 和C390T 两个SNP 位点， 均位于第4 外显子上，T301C 是天冬酰胺的沉默突变，而C390T 导致丙氨酸突变为缬氨酸。 AA 基因型个体的产奶量和乳蛋白率显著高于AB 和BB 基因型，BB 基因型个体的乳脂率显著高于AA 和AB 基因型。 Awad 等（2016）以55 头荷斯坦-弗里斯兰奶牛为研究对象， 利用PCR-RFLP 和DNA 直接测序的方法研究了CSN3基因与产奶性状之间的相关性， 结果表明， 当用HindⅢ酶切一段长为633 bp 的PCR 产物后，出现AA 和AB 两种基因型， 测序发现A405G 一处SNP 位点，位于第4 外显子上，是丙氨酸的沉默突变。 AB 基因型个体的产奶量显著高于AA 基因型，AA 基因型个体的乳脂率和乳蛋白率显著高于AB 基因型。Dogru 等研究表明CSN3 基因HindⅢ酶切位点（A405G）多态性与荷斯坦奶牛305 d产奶量、305 d 乳脂量和乳脂率显著相关。

1.3 CYP19 基因 芳香化酶是雄激素转化为雌激素的限速酶，其编码基因为CYP19，在乳腺中有表达。 牛的CYP19 基因位于染色体10q26。Trakovická 等（2021）以150 头斯洛文尼亚西门塔尔奶牛为研究对象，利用PCR-RFLP 的方法研究了CYP19 基因多态性与产奶性状之间的相关性，结果表明， 用PvuⅡ酶切SYP19 基因启动子区域长度为405 bp 的核苷酸序列后， 得到AA 、AB 、BB 三种基因型，其中BB 基因型个体的产奶量和乳蛋白量最高。

1.4 DGAT1 基因 二脂酰甘油酰基转移酶1（DGAT1）是哺乳动物体内一种非常重要的酶，其主要机制是使二酰甘油加上脂肪酸酰基形成三酰甘油， 该酶是催化甘油三酯合成的关键酶和限速酶。 DGAT1 在脂肪组织、小肠和乳腺等合成甘油三酯的组织中表达量较高，该酶在泌乳，小肠脂肪吸收，脂蛋白组装和脂肪形成中发挥着重要功能。牛DGAT1 基因定位于14 号染色体上，基因全长14117 bp， 含有17 个外显子和16 个内含子。Tomka 等（2016） 以163 头荷斯坦奶牛为研究对象， 利用PCR-RFLP 的方法研究了DGAT1 基因多态性位点K232A 与产奶性状之间的相关性，结果表明，AK 基因型个体的乳脂率显著高于AA 基因型， 当碱基A 突变为K 时， 乳脂率增加了0.31%。

1.5 OPN 基因 骨调蛋白（OPN）是一种含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽序列的高度磷酸化糖蛋白， 通过与整合蛋白和CD44 受体的结合介导细胞基质的相互作用和信号转导， 广泛存在于乳汁中， 在乳腺管上皮细胞有高的表达。 牛的OPN基因位于6 号染色体上， 由6 个外显子和5 个内含子组成。 Pasandideh 等（2015）以398 头伊朗荷斯坦奶牛为研究对象，利用PCR-RFLP 的方法研究了OPN 基因的c.8514C>T 多态性位点（位于第4 内含子）与产奶性状之间的相关性，结果表明，该SNP 位点与乳脂率和乳蛋白率显著相关，CT基因型个体的乳脂率和乳蛋白率显著高于CC 和TT 基因型。

1.6 POU1F1 基因 垂体转录因子（POU1F1）是POU 基因家族的成员之一， 是重要的组织特异性转录因子。 POU1F1 基因在哺乳动物的垂体前叶中主要正向调控生长激素和催乳素的表达，进而影响产奶性状。 牛的POU1F1 基因定位于1号染色体上， 包含6 个外显子和5 个内含子。Hoseinzadeh 等（2015）研究表明，POU1F1 基因第6 外显子上的HinfI 酶切位点（A→G）多态性与荷斯坦奶牛乳脂率显著相关，AG 基因型个体的乳脂率最高。 Chauhan 等（2015）以77 头Sahiwal奶牛为研究对象， 利用PCR-RFLP 的方法研究了POU1F1 基因多态性与产奶性状之间的相关性，结果表明，用Hinf1 酶切一段长为600 bp 的PCR 产物后， 出现AA 、AB 和BB 三种基因型，AB 和BB 基因型个体的产奶量显著高于AA 基因型。

1.7 PPARGC1A 基因 过氧化物酶增殖激活受体γ 辅激活蛋白1α（PPARGC1A）是一种核转录因子，有多种核激素受体结合位点，是奶牛脂肪代谢的一个调节因子， 参与泌乳过程。 PPARGC1A基因定位于奶牛6 号染色体q17-q19 上， 由13个外显子和12 个内含子组成。 Pasandideh 等（2015） 研究了PPARGC1A 基因的c.1892T>C 多态性位点（位于第9 内含子）和c.3359A>C 多态性位点（位于3’非翻译区）与产奶性状之间的相关性， 结果表明，c.1892T>C 多态性位点与乳脂率、乳蛋白率和乳蛋白量显著相关，c.3359A>C 多态性位点与乳脂率显著相关。

1.8 SCD1 基因 硬脂酰辅酶A 脱氢酶1（SCD1）是参与脂肪代谢的一种关键酶，它催化饱和脂肪酰基去饱和化生成单不饱和脂肪酸， 是脂肪酸去饱和化的限速酶。 牛SCD1 在乳腺中高度表达。 牛SCD1 基因定位于26 号染色体上。Kulig等（2016）以975 头波兰荷斯坦-弗里斯兰奶牛为研究对象，研究了SCD1 基因g.10153G>A 多态性位点（位于第15 外显子）与产奶性状之间的相关性，结果表明，该位点与乳脂率和乳蛋白率显著相关，GG 基因型个体的乳脂率和乳蛋白率显著高于AA 基因型。 Soltani 等（2021）研究了SCD1 基因A293V 多态性位点与荷斯坦奶牛产奶性状之间的相关性， 结果表明，AV 基因型个体的305 d产奶量显著高于AA 基因型，VV 基因型个体的乳蛋白率显著高于AA 和AV 基因型。

2 结束语

奶牛的产奶性能是影响奶牛经济效益的重要因素， 利用候选基因策略寻找到的与奶牛产奶性状 相 关 的 ABCG2、BLG、CSN3、DGAT1、OPN、POU1F1、PPARGC1A、SCD1 和SYP19 等基因，能够从本质上研究奶牛产奶性能的机理。 随着基因组工作的深入，必将会发现更多的候选基因，如何合理应用这些与奶牛产奶性状相关的基因， 将成为未来研究的重点。