大额牛肉质基因的遗传学研究现状及展望

　　大额牛（Bos Frontalis）是我国特有的一种高原珍稀畜种。

　　在我国的少数民族语言中，大额牛有着不同的称谓：藏语中被称为“巴麦”（Ba-mai），独龙语为“阿布”（Obuo）。独龙牛是我国学者对大额牛的习惯称谓。由于欧洲及北美等国首先通过古代印度对大额牛进行认知，所以大额牛常常被西方学术界称为“Gayal”，属于梵文词汇。全世界人工驯养大额牛的地区主要集中在中国云南怒江地区以及印度等南亚、东南亚国家。在喜马拉雅山脉东南段以及雅鲁藏布江-布拉玛普特拉河上游一带，大额牛都有分布。从近年来在怒江流域引种饲养的结果来看，大额牛很少出现生病、死亡的情况；与相同饲养条件下的黄牛相比，大额牛的个体明显要大。大额牛在我国属于半野生珍稀濒危物种，于2003年以国家级畜禽遗传资源的形式被保护。在印度的高海拔地区，由于大额牛具有肉味鲜美、细腻等优点，使得大额牛的饲养成为了该地区的支柱性产业。

　　1　分类及起源

　　大额牛在分类学上归属动物界（Animalia）、脊索动物门（Chordata）、哺乳纲（Mammalia）、偶蹄目（Artiodactyla），其属于独立的牛种。

　　对于大额牛的起源，由于现存的大额牛实体均为半野生形态，至今学术界尚未有定论，而且，不同的学者还得出了截然相反的结论。笔者通过查阅现有资料，认为现代对大额牛起源的研究主要有3种观点：第1，大额牛的祖先可能是生活在高原地区的某种野牛；第2，大额牛可能是由印度野牛（Bos gaurus）与平原牛进行杂交而产生的；第3，大额牛最有可能是用印度野牛进行人工驯化而产生的。美国学者Walker等到20世纪70年代左右才将大额牛列为一个独立牛属。正因如此，从遗传学特性等角度进行研究，对促进濒危动物资源的保护以及开发新型肉质资源提供了重要参考。

　　2　染色体遗传学研究

　　遗传学是通过对基因结构的剖析，探寻基因对蛋白质产生与表达的影响。曾养志等首次通过实验描述了大额牛的染色体，单祥年等则以探索大额牛的核型为目的进行了研究，二者的结果显示，大额牛的体细胞染色体为2n=58，野牛为2n=58，但黄牛为2n=60；在对常染色体的研究性实验中，大额牛有1对近中着丝点染色体，野牛有2对，黄牛却没有近中着丝点染色体；但以上三者的性染色体均为近中着丝点染色体，而且染色体的臂数相等，为62条。根据核型实验结果进行推断：大额牛既不是野牛的家养型，也不是野牛和黄牛的杂交后代，而是牛属单独的1个种群，得出了与Walker基本一致的结论。

　　由于黄牛、大额牛和野牛常染色体近中着丝点染色体数量分别为0对、1对和2对，恰好依次相差1个罗伯逊易位，单祥年等据此推断大额牛的进化路线有可能为：（1）由黄牛的2对末端着丝点染色体通过着丝点融合而形成大额牛的1对近中着丝点染色体；（2）由野牛的2对近中着丝点中的1对染色体通过着丝点的断裂而形成大额牛的核型。苟潇等采集了云南大额牛、迪庆黄牛、怒江黄牛以及文山牛等样本，与GenBank已报道的相关序列相结合，再通过对多个个体mtDNA D-loop和Y染色体非同源部分SRY基因序列多态检测，结果显示，现存的云南省内的大额牛是当地大额牛公牛与当地瘤牛母牛的杂交之后所产生的后代。

　　虽然染色体水平上的研究对大额牛的起源、进化与遗传育种方面起到了一定的作用，但是，由于其存在一定的局限性，加上基因、转录组与蛋白质表达等方法对大额牛的起源及进化的研究不能完全反应个体的遗传水平，所以对染色体的研究只适用于群体的遗传多样性检测。

　　3　肉质基因的遗传学研究现状及展望

　　对动物遗传性状研究的最终目的是找出其与肉质的相关性。

　　随着人们的生活水平的提高，人们对健康的关注越来越多，对肉质的要求也有所提高。随着人们生活水平的进一步提高，对牛肉肉质的需求转移到优质特色牛肉上，牛肉的质量问题逐渐引起生产者和消费者更大的兴趣。寻找适当的候选基因，进行标记与辅助基因选择是改善牛肉质性状、加快牛育种进展的重要途径。

　　研究表明，与控制牛肉质相关的基因有100多种，其中包括位于第六条染色体上，控制肉质应激综合征（PSS）的Hal基因；控制肉质的PSE现象的酸肉基因RN基因；FABP家族中控制脂肪酸形成级代谢的H-FABP基因；控制机体的脂肪沉积的LEPTIN基因以及引发脂肪组织中甘油三酯分解的关键酶和限速酶形成的激素敏感脂肪酶（Hormone-sensitive lipase，HSL）基因等。但笔者通过查阅相关资料，认为最具研究潜力的是SCD基因、CANP3基因和CAST基因。

　　3.1　SCD基因

　　硬脂酰辅酶A去饱和酶（stearoyl-coenzyme A desaturase，SCD）是一种从泌乳乳腺和脂肪组织中发现的一种微粒体蛋白酶，在内质网中发挥作用，决定着脂肪的代谢与饱和脂肪酸去饱和化。SCD基因是决定骨骼肌新陈代谢调节的重要因素，也是改善牛肉品质的主要候选基因。

　　SCD基因经过表达之后，可以生成一种酶，可以促进催化饱和脂肪酰基CoA △9一cis的去饱和化，生成单不饱和脂肪酸（MUFAs）。SCD基因主要用于催化饱和脂肪酸的脂酸辅酶A的脱氢作用，而且，该基因一般存在于内质网膜上（少数物种除外），底物是硬酯酰辅酶A与棕榈酰辅酶，在第9与第10碳原子之间导入单键，就可以转化为单不饱和脂肪酸（油酸为主）。

　　陈晓波等研究指出大额牛背最长肌肉质常规营养成分中水分含量高达78.46±3.14%、干物质含量为21.67±0.38%、粗蛋白含量达19.56士0.94%、粗脂肪仅为0.36±0.06%。Macciotta等的研究发现意大利黑白花奶牛VV型比AA型具有更高的产奶量（2 kg/d）和蛋白总量（0.07 kg/d）。Jiang等在Wagyu牛和Limousin牛杂交群体中发现，SCD基因有个3个SNP位点（g.4706C> T，g.7534G>A and g.7864C>T）相对独特。相关分析发现这3个SNP都与SCD酶活性参数显着相关，与骨骼肌中6个脂肪沉积、脂肪酸组成的性状也显着相关，但与皮下脂肪厚度不相关，也就等于几乎与SCD酶活性相关的所有等位基因都与骨骼肌中饱和脂肪酸的含量成负相关。因此，加大对SCD基因功能、表达、调节以及相关性的研究，并以此将SCD基因用于大额牛的遗传改良及标记辅助育种，从而改善牛肉品质，进而达到促进人们物质生活水平的提高，具有极大的发展潜力。

　　3.2　CAPN3基因

　　钙激活中性蛋白酶3（Calpain-3）是一种特定的肌肉钙蛋白酶家族成员，它是胞内非溶酶体性的限制性蛋白水解酶，由CAPN3基因编码。其中，牛的CAPN3基因位于牛的10号染色上，核苷酸共有57 020 kb的碱基，含24个外显子。CAPN3 在结构上与CAPN1、CAPN2的大亚基同源度较高，但又具有许多自身独特的性质。实验与分析表明，CAPN3作为Calpain家族的一个重要成员，其表达水平和活性会显着影响肉质嫩度，并且存在着很强的再遗传效应。

　　陈涛等研究指出，大额牛的肌节长度为1.706 5 μm，其中I带0.345 5 μm，A带1.361 0 μm，z线0.051 0 μm，H带0.064 0μm，M线0.030 0 μm。肌纤维密度明显高于普通牛。肌纤维细度和肌束内纤维数均显着高于云南瘤牛。根据Davis等的研究，CAPN3基因被精确定位于与牛肉质嫩度相关的数量性状基因中。另外有试验表明，CAPN3参与屠宰后肌肉的嫩化，所以推断牛CAPN3基因也可能与肉质嫩度存在必然关系；而Barendse等对澳大利亚本土牛的CAPN3基因多态性的分析恰好为此推论提供正依据，同时他们还发现不同变异对同一品种的影响不同，同一变异对不同品种的影响也有所差异。在家养动物中，主要集中于CAPN3基因对个体生产性能影响的研究。现有的资料表明，CAPN3基因与羊肉的肉质嫩度、绵羊初生重、鸡肌肉重相关。但是，CAPN3基因在大额牛体内对屠宰后肉质的嫩化具体过程的参加，以及该基因确切的功能等未知因素，还需进一步进行转录组学的验证。

　　3.3　CAST基因

　　钙蛋白酶系统是指包括钙蛋白酶抑制蛋白（Calpastatin，CAST）和钙蛋白酶（Calpastat，CAPN）在内，普遍存在于细胞内并参与机体的生长和代谢过程的系统。钙蛋白酶抑制蛋白基因编码的钙蛋白酶抑制蛋白是一种非外源性的、需Ca2+激活的以及专一性抑制钙蛋白酶活性的蛋白质，用于对肌肉内蛋白质降解的抑制，降低肌细胞生长速度，与钙蛋白酶协同作用又可抑制钙蛋白酶的活性，降低蛋白质水解，从而影响肌肉的生长和嫩度。

　　Killefer与Koohmaraie于1994年克隆了牛肌肉组织中CAST基因的全部cDNA序列，并进行了测序。根据研究结果，将牛CAST基因定位于7号染色体之中。牛肌肉的CAST中，检测到长约为425 bp的碱基从1059～1480的RFLP，CAST基因在Primer5.0中有很多不同的酶可以切开，而酶切位点不同，肌肉的嫩度也会不同。范江平等对4头大额牛进行研究表明：大额牛与云南瘤牛骨骼肌肉相对比，嫩度显着优于瘤牛，失水率低10%，而熟肉率高10%。由于骨骼肌蛋白质的含量对肉质的影响很大，因此CAST基因将成为研究大额牛肌肉生长和肉质性状极具潜力的候选基因之一。

　　如今，我国对生物多样性的保护与研究进一步发展，遗传多样性不仅是物种多样性的核心与重要组成部分，也是人类社会生存与发展的物质基础。遗传信息能否表达决定了生物多样性的潜在及实用价值。

　　大额牛不仅仅是我国的珍稀高原牛种，而且可将其特定基因进行筛选，并与普通牛种杂交，培育新的肉牛品种可用于提高牛肉品质。在基因组研究的同时，还要注意遗传环境和营养等因素对肉质性状表达的影响，全方位解决肉牛的肉质性状，从而在满足人们的需要的同时，也可获得较大的经济效益。在可以预见的未来，大额牛以其得天独厚的优势，成为中国高原地区的主要肉牛品种。

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