羊热应激研究进展

何向东，苏志强

（1.巴中市南江黄羊科学研究所 636600；2.南江县金银花产业发展中心 636600）

长期高温和过度温暖的天气会给动物造成严重的热应激，直接或间接地影响动物的生理﹑生产和健康状况等，具体表现有呼吸急促﹑呼吸加快﹑心率升高﹑直肠温度升高﹑体内氧化代谢增加﹑水电解质紊乱等生理特征[1-3]。热应激可导致摄食量减少﹑体重减轻，在生殖方面还可导致生育能力下降[4-6]，同时导致免疫力和抗病能力下降[7]。可见热应激对养羊业的经济效益有重大影响。

1 羊热应激指标

呼吸频率增加到40次以上/min，即喘息，羊通过呼出水蒸气，促进热量的散失[8-9]。因此，呼吸速率可以用来评估热应激水平： 呼吸速率少于40次/min，表明没有应激；呼吸速率40～60次/min，热应激较小；呼吸速率61～80次/min，中等到高强度热应激；呼吸速率81～120次/min表明热应激大；121～192次/min说明热应激很大[10-11]。因此，可以看出动物的热应激可由呼吸频率来确定，方法简单。

直肠温度也可以作为绵羊热应激的一个指标[12]，一般来说，由于长时间暴露在夏季应激而导致的体温升高一般会体现在直肠温度的升高上，而且已经确定直肠温度可以代表羊体温。因此，直肠温度的升高可以体现绵羊的热应激水平[13]。

2 羊热应激分子作用机制

全球气温的普遍上升意味着热应激已经成为绵羊日益严重的问题。这对绵羊的生理功能﹑数量和健康都有直接和间接的影响。羊一般生活在高温环境中；然而，在绵羊热应激反应中发挥调节作用的基因和途径尚不清楚。因此，应用RNA-Seq技术对热应激组和对照组绵羊的肝脏组织进行分析，筛选与绵羊热应激相关的基因和信号通路，在热应激下，动物需要进行一系列非特异性反应来维持体内平衡。对热应激组和对照组绵羊差异表达基因的功能富集分析显示，应激相关通路的Rap1﹑MAPK﹑PI3K-Akt等基因显著富集。当热应激发生时，Rap1作为一个分子开关被广泛的外部刺激所调节[14]。MAPK是哺乳动物的主要信号通路之一，也可被外界刺激激活，但MAPK信号通路的活性是由多个细胞中的Rap1刺激所产生[15-16]。同样，PI3K-Akt通路可被多种细胞类型的外部刺激激活，并可与MAPK信号通路发生级联反应[17-18]，为耐热绵羊的选育和生产提供了理论基础。因此，这些与应激相关的信号通路可以形成复杂的级联反应，对热应激进行调节，以便减少热应激带来的伤害。

暴露在太阳辐射下的绵羊与受到太阳辐射保护下绵羊相比，呼吸频率和直肠温度都有所提高。此外，直接暴露于太阳辐射的绵羊表现出更多的不活跃行为，并表现出高的非酯化脂肪酸血浆浓度[19]。夏季高温中绵羊为试验组，与对照组的绵羊相比，血液中的尿酸﹑肌酐﹑钠和钾的浓度升高，然而，葡萄糖﹑胆固醇﹑钙和无机磷的浓度却降低[20]。

N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）修饰是动物中最常见的RNA修饰之一，m6A mRNA修饰可以通过调节肝脏脂肪代谢来应对热应激，为进一步揭示热应激的生物学机制提供候选基因[21]。选用5月龄健康的纯种湖羊（公）36只；选取18只羊作为热应激组（2017年3月出生），18只羊作为无热应激组（2017年8月出生）。两组的羊喂食相同的饲料，自由饮水。通过功能富集分析发现m6A修饰的差异基因与应激反应﹑脂肪代谢等信号通路显著相关。由此可见，m6A mRNA修饰可以通过调节肝脏脂肪代谢来调控热应激。被鉴定的基因为进一步揭示热应激的生物学机制提供候选基因[22]。

在胚胎生命的早期阶段，与热中性温度（18℃～20℃，30%湿度）相比，暴露在温暖温度（30℃～40℃，40%湿度）中，总细胞数量和胎盘大小大大减少，细胞大小仅轻微减少，经分子生物学方法检测研究发现，这是由于RNA与DNA的比例确定，在温暖的环境条件下，胎盘的蛋白质合成能力降低，即胎儿和胎盘的重量和总蛋白质含量降低，温暖条件下母羊的DNA浓度略高于热中性条件。然而，胎盘蛋白和RNA浓度却相似[23]。由于滋养层细胞发育受损（特别是滋养层细胞迁移），慢性热暴露降低了胎盘循环中的激素浓度。在胎盘生长期间热暴露的影响大到足以限制早期胎儿发育，甚至在最大胎儿生长阶段之前[24]。然而，Soto等人[25]研究发现，热应激对繁殖效率的主要影响是在怀孕的前17d，使用遮阴有利于提高羊群的怀孕率。热应激试验组与对照组湖羊相比，热应激前后差异表达的新基因中信号通路，主要包括氧化磷酸化﹑MAPK信号通路，钙信号通路等，阻断细胞生长和引发凋亡，最终调控动物繁殖力[26]。

在35℃时，热应激公羊的瘤胃体积和瘤胃温度显著升高，瘤胃缓冲能力﹑原虫数量﹑总挥发性脂肪酸浓度和氨氮浓度显著降低，pH不受影响[27]。

3 热应激对羊日粮影响

热应激降低了日粮干物质﹑粗蛋白质﹑粗脂肪和能量的消化率，但不影响日粮粗纤维的消化率。在75%粗料水平下，消化率的降低最为严重，添加脂肪却可以缓解消化率的降低。高温对日粮代谢能也有抑制作用，对75%粗料日粮代谢能的抑制作用最大。75%粗料组羔羊胸内和皮下温度高于25%粗料组，且该趋势在高温环境下增强。热应激后各组血清蛋白组分无明显变化（P>0.05），血糖浓度显著升高（P<0.05）[28]。

在不改变粗饲料消耗的情况下，室内温度保持35℃时，公羊的精料摄入量减少了约13%[29]。春季期间，萨福克羊在高温条件下与遮阴条件下相比，日采食量和饲料转化率也显著降低[30]。

4 小结

分子生物学技术的进步，如基因组学和蛋白质组学技术，为探讨羊对热应激的调控提供了重要思路，发掘出与羊耐热性相关的各种生物信息。为接下来进一步培育出耐热性强的羊品种，从分子遗传学角度解决羊热应激问题，达到提高育种选择耐热性的精确度和效率。