绵羊FecB基因的研究进展

宋晓越,郝嘉旭,李增开,陈生会,黄艳平,张 鑫

(1.榆林学院 陕西省陕北绒山羊工程技术研究中心,陕西 榆林 719000;2.神木市畜牧业发展中心,陕西 榆林 719399;3. 陕西省“四主体一联合”肉羊工程技术校企联合研究中心,陕西 榆林 719300)

骨形态发生蛋白受体1B基因(bone morphogenetic protein receptor IB,BMPRIB)属于转化生长因子β超家族,通过调节细胞分化、增殖等生理过程对哺乳动物胚胎发育、胎儿出生后发育及激素释放等起重要作用[1]。该基因作为绵羊的繁殖性能相关基因近年来研究很多,特别是其编码区A746G位点(即FecB位点)是多个绵羊品种中影响产羔数和排卵数的因果突变位点[2-3],会直接导致绵羊的排卵数和产羔数增加[4]。在湖羊和小尾寒羊等品种中相继研究发现了FecB基因的多态性及与产羔性能的相关性[5-6],能较大幅度地提高养殖户或养殖企业的经济效益。

1 绵羊产羔性状

繁殖性能是绵羊的重要性状,但其遗传力很低,利用传统育种方法难以获得显著进展。因此,通过现代分子生物学技术,寻找控制排卵或产羔数的主效基因就变得尤为关键。绵羊产羔数受遗传因素影响较大,且母本的繁殖性能一般能在后代中保持。FecB基因已证实是能够决定布鲁拉美利奴羊羊繁殖的基因[7-8],FecB基因的杂合突变能增加0.9～1.2只的产羔,纯合突变能增加1.1～1.7只的产羔[9]。因此,上述发现可用于提高群体的繁殖力。

2 国内外关于“FecB”的研究发表情况

2.1 论文数量年度变化趋势

基于CNKI和Web of Science数据库进行了以“FecB”为主题词的精准检索,检索时间范围为1981～2023年,检索日期到2023年4月20日,共检索到659条学术期刊文献记录。然后运用Excel 2019、GraphPad Prism v7.00和VOS viewer等软件对结果进行可视化分析。

结果表明,从全球年度发文总量来看,1992年、2001年和2005年发文总量突然增加,此后呈波动上升的趋势,尤其在近5年中,年发表论文的数量已经达到一个较高的数值(图1)。从研究的内容来看,主要涉及绵羊、产羔数、小尾寒羊、多态性、候选基因、关联分析等关键词,说明FecB基因与绵羊产羔数的密切联系已成为国内外研究FecB的主要方向。在研究中,应用基础研究占比最大,其次是技术研究和技术开发,表明FecB基因对绵羊产羔数的影响研究在实践中的重要作用。

图1 1981-2022年论文发表数量的年度变化趋势

2.2 热门期刊分析

共筛选出十个在FecB基因影响产羔数方面发表论文较多的出版物。在十个出版物中,中文杂志和英文杂志各占50%。在中文杂志中,发表论文最多的是国家级核心期刊《中国草食动物科学》,其次是中文核心期刊《黑龙江畜牧兽医》和《中国畜牧杂志》。在英文杂志中,发表论文最多的是Animal Reproduction Science,其次是Small Ruminant Research和Biology of Reproduction。

2.3 作者和研究机构发文量分析

以1992～2022年期间的学者为统计源,将国内所有作者按照发文量进行排序,选取排名前五的作者,其中,来自中国农业科学院北京畜牧兽医研究院的储明星和狄冉发文量较多。此外,国内排名前十的作者中,有6位作者来自中国农业科学院北京畜牧兽医研究院,有3位作者来自山东省农业科学院,有1位作者来自新疆畜牧科学院,说明这3所机构为推动FecB基因与产羔数的研究做了很多工作。

3 FecB基因在不同绵羊品种中的研究进展

产于黄河流域的山东,河北以及河南一带的小尾寒羊具有较好的繁殖性能[10]。2003年,首次在小尾寒羊群体中检测到FecB基因突变[11],并证实BB型为优势基因型[12],BB型的产羔数比++型显著提升(P<0.01)。2014年,卡那提等[13]研究发现小尾寒羊群体的FecB基因具有较高的多态性,且FecB突变在群体中分布较多,有助于提升群体繁殖性能。这些研究表明小尾寒羊的FecB基因可作为分子标记辅助育种。

在湖羊中也发现存在FecB基因突变位点[14],等位基因B和+的频率分别为0.968和0.032,BB基因型频率高达0.941,对应产羔数也显著高于其它基因型的母羊,说明B等位基因对产羔数的影响较大。目前,在湖羊研究中主要发现三种情况,一是群体中仅存在突变B等位基因,无野生型等位基因+;二是群体中存在突变型和野生型等位基因B和+,但以B占主导,无++基因型;三是群体中存在BB、B+和++3种基因型,因此,对我国现有湖羊群体进行FecB基因检测和筛选非常有必要性。

在我国的一些地方群体、培育品种或引进品种中也进行了FecB基因的研究。发现了新疆多浪羊中存在FecB突变,B+型母羊的产羔数比野生型多0.51只(P<0.01)[15]。但在蒙古羊、内蒙古细毛羊、阿勒泰羊、呼伦贝尔羊、彭波半细毛羊、陶赛特和萨福克羊等群体中[16]未检测到FecB基因突变。塔什库尔干羊、藏绵羊、策勒黑羊、滩寒杂交群体中也发现FecB突变,并且对产羔数有显著影响[17]。吴天弋等[18]对苏州湖羊、徐州湖羊、小尾寒羊、洼地绵羊、阿勒泰羊和中国美利奴绵羊的FecB基因座位进行了检测,发现FecB基因突变还存在地理分布上的差异,东部显著高于西部。以上研究表明,在一些地方羊群中,FecB基因突变的频率存在较大差异,有待通过杂交等方式提升这些地方羊群中B等位基因的频率,以提高产羔数。

4 FecB基因影响产羔数的机理

FecB基因主要在卵巢中表达,利用原位杂交技术,在绵羊卵巢上显示出FecB基因主要表达于卵巢上的卵母细胞和颗粒细胞中,且在卵泡发育的各个时期均见表达[19]。FecB基因突变后,GDF5基因表达降低,颗粒细胞分化和成熟提前,促进卵母细胞的生长发育,因此,突变个体产羔数高于野生型个体[20]。FecB突变还能引起小尾寒羊卵泡发育和AMHR2表达的时空改变,AMHR2的特异性表达可能参与了FecB突变对卵泡发育的调控[21]。研究发现野生型小尾寒羊与FecB突变型在生殖过程中参与卵泡黄体转变的调控元件和WNT基因家族成员也存在差异,BB母羊与WW母羊相比,LINC-219386和IGF2- as的表达水平较高,在卵泡发育过程中调节其靶基因DMXL2和IGF2产生更多的GnRH,这可以解释为什么突变母羊产生更多成熟的卵泡,这些来自不同发情状态下FecB突变下丘脑表达谱的结果,为FecB突变作用下下丘脑如何调节排卵提供了新的见解[22]。印度绵羊卵泡发育相关基因mRNA表达在FecB突变和未突变个体中存在差异[23]。研究发现FecB基因可通过影响激素受体基因的表达差异来调控激素信号的接受能力,差异表达基因在卵母细胞和卵丘颗粒细胞中分别显著富集于卵母细胞减数分裂通路和TGF-beta信号通路。以上研究表明FecB基因突变可能改变了卵母细胞发育和卵丘颗粒细胞的增殖水平。

5 FecB基因的检测方法

储明星等[24]建立了绵羊多胎主效基因FecB的PCR-RFLP和PCR-SSCP检测方法,对小尾寒羊、湖羊、东弗里生、中国美利奴等共 6647 只绵羊进行了检测,发现这两种方法都能准确判型,检测结果完全相同。杨宇泽等[25]也成功利用 PCR-RFLP 方法分析了不同基因型的FecB基因对小尾寒羊产羔数的影响。郝耿等[26]在检测阿勒泰羊FecB基因酶切产物时表明,12%非变性聚丙烯酰胺凝胶比3%琼脂糖凝胶的图像清晰度高、分辨率高,而且检测结果准确可靠。刘秋月等[27]建立了SNaPshot和Taqman探针法,发现这两种方法与传统方法对比不仅减省检测成本、降低检测周期,且能提高检测效率。高分辨率溶解曲线也被用于FecB基因检测,可以快速检测绵羊低丰度FecB,灵敏度比传统qPCR高4倍,可用于绵羊FecB基因的大群体快速筛查。

6 存在问题

虽然,FecB基因对提高羊的产羔率有影响,但是,目前也从在一些问题。比如,研究表明,FecB基因导入到藏绵羊、蒙古羊等群体中,虽然可以有效地提高这些绵羊群体的繁殖能力,但也会引起其他性状的拮抗,比如羔羊初生重低、弱羔及生长速度慢等。研究发现携带B等位基因的母羊的高繁殖率与羔羊的低出生重、断奶体重减轻有关。撤栓后+B型小尾寒羊第一次发情时间显著早于BB和++型,而且+B型小尾寒羊的发情周期更短,表明中等排卵数、较高产羔数和发情周期更短的FecB杂合子个体(+B)应当被畜牧工作者加以重视和推广[28]。

7 展望

近十年,关于FecB基因影响产羔数方面的论文研究数量呈现稳步增长态势,众多研究证实了FecB基因突变影响一些绵羊品种的产羔数,同时研发了多种针对FecB基因突变的检测方法,促进了绵羊繁殖性能的提升。但仍有很多绵羊品种没有发现相关突变或该突变对产羔数没有相关性。因此,需要进一步挖掘不同品种绵羊产羔相关基因,以推动绵羊养殖的提质增效。