豬乳頭數(shù)性狀QTL研究進(jìn)展

許儒祥，衛(wèi) 寧，楊公社，龐衛(wèi)軍

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 動物科技學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

豬乳頭數(shù)性狀屬中等遺傳力(h2)性狀(0.22< h2<0.41)，其數(shù)目與產(chǎn)仔數(shù)有較強(qiáng)的相關(guān)性。因此，在種豬育種實踐中，乳頭數(shù)作為重要繁殖性狀的指標(biāo)。種公豬對仔豬乳頭數(shù)性狀h2有重要影響，故種豬選育不僅要重視種母豬乳頭數(shù)性狀的選擇，也要考慮種公豬乳頭數(shù)性狀的選擇。目前，乳頭數(shù)性狀的主要研究方法是首先根據(jù)美國USDA-MARC 的豬遺傳連鎖圖譜初選乳頭數(shù)性狀微衛(wèi)星標(biāo)記，對構(gòu)建的與乳頭數(shù)性狀相關(guān)的資源群體進(jìn)行全基因組掃描，從而獲得QTL初步定位結(jié)果；其次，在初步定位區(qū)域的基礎(chǔ)上選擇和開發(fā)微衛(wèi)星、SNP遺傳標(biāo)記，在資源家系群體中進(jìn)行基因分型以開展精細(xì)定位；最后，進(jìn)一步對精確定位區(qū)域進(jìn)行高密度SNP搜尋和鑒定，并使用飛行時間質(zhì)譜技術(shù)對這些SNP位點進(jìn)行基因型判定，并通過SHEsis軟件的x2進(jìn)行與乳頭數(shù)性狀關(guān)聯(lián)性分析。本文綜述了豬乳頭的形成和調(diào)控機(jī)制，乳頭數(shù)性狀QTL定位方法及其研究進(jìn)展，旨在為種豬乳頭數(shù)性狀選育提供參考。

1 乳腺與乳頭的發(fā)育

乳頭作為乳腺的附屬物，與乳腺形態(tài)發(fā)生密切相關(guān)。在胚胎期豬乳腺的形成與發(fā)育主要包括乳線(Milk line)的形成與特化、乳腺基板(Placode)的形成、腺芽(Bud)的形成和原始乳腺導(dǎo)管分支(Primary sprout)的形成四個階段[1-2]。每個階段都由多種基因和不同的信號通路共同調(diào)控。如Fgf10和Fgfr2b基因在胚胎早期開始表達(dá)，并對乳線特化和乳芽形態(tài)形成有重要的作用[1,3]；Wnt受體基因 (TOP-GAL)于胚胎發(fā)育第10天在外胚層和間質(zhì)細(xì)胞中開始表達(dá)，通過Wnt信號通路對乳線的形成和特化進(jìn)行調(diào)節(jié)[1,3-5]。此外，一些激素如孕酮、催乳素、甲狀腺素、雄激素和雌激素等對乳頭的形成也有重要調(diào)節(jié)作用[6-7]。

1.1 調(diào)控胚胎期乳腺和乳頭發(fā)育的信號通路

信號通路途徑之間的相互作用不僅能調(diào)控乳腺和乳頭的形態(tài)發(fā)生，而且可調(diào)控乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生的位置[8]。影響胚胎期乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生的信號通路途徑主要有Wnt信號通路、Fgf信號通路、Tbx3通路、Egf家族通路和IGF-1/P190-B通路等。

1.1.1 Wnt信號通路 在乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生過程中占重要地位，能夠調(diào)節(jié)乳線特化和乳基板形成[9-10]。Wnt信號通路主要包含經(jīng)典Wnt信號通路和非經(jīng)典Wnt信號通路。在經(jīng)典Wnt信號通路中， Wnt10b基因表達(dá)于胚胎早期，是外胚層乳線的內(nèi)源標(biāo)志基因，調(diào)控乳線特化和促進(jìn)第1、2和5對乳芽的形成[1,3-5]；在非經(jīng)典Wnt信號通路中，Wnt5a和Wnt11基因也表達(dá)于胚胎早期，但Wnt5a-/-敲除鼠乳腺發(fā)育正常，不是乳腺形態(tài)發(fā)生所必須，可能在與經(jīng)典Wnt信號通路對抗中共同調(diào)控乳腺形態(tài)發(fā)生[10]。

1.1.2 Fgf信號通路 在小鼠胚胎10.25 d，F(xiàn)gf10和Fgfr2表達(dá)于胚胎胸體節(jié)中部和腹側(cè)頂部，并決定著外胚層和乳線發(fā)育命運(yùn)，是乳腺早期發(fā)育所必須；Fgf10和Fgfr2b基因能夠調(diào)節(jié)乳基板的發(fā)育，當(dāng)Fgf10和Fgfr2b被敲除時，小鼠只能形成第4對乳基板[3,11]。

1.1.3 Tbx3通路 Tbx3是一種轉(zhuǎn)錄因子，小鼠胚胎10.25 d在乳腺基質(zhì)中開始表達(dá)，能通過與Wnt10b、Lef-1和 Fgf10等基因相互作用共同調(diào)節(jié)乳基板的形成發(fā)育；Tbx3+/-小鼠表型能形成正常的乳基板，但胚胎胸節(jié)處3個乳芽不能正常發(fā)育和維持；Tbx3-/-小鼠比Tbx3+/-小鼠有更嚴(yán)重的表型，其大部份乳基板不能成功發(fā)育[12-13]。

1.1.4 Egf家族通路 Nrg基因?qū)儆贓gf家族成員之一，能將胚胎脊柱軸下方細(xì)胞的Fgf10表達(dá)信號傳遞至乳腺間質(zhì)，調(diào)節(jié)乳腺基板的發(fā)育；另外，Nrg基因能加強(qiáng)和促進(jìn)乳間質(zhì)和上皮細(xì)胞中經(jīng)典Wnt信號通路表達(dá)，對乳腺基板發(fā)育進(jìn)行調(diào)控[14]。

1.1.5 IGF-1/P190-B通路 小鼠胚胎12.5 d，P190-B在乳芽上皮細(xì)胞及周圍間質(zhì)中開始表達(dá)，其敲除鼠乳芽較小并且乳間質(zhì)紊亂不能表達(dá)AR基因，此外，P190-B能夠與IGF-1相互作用，共同調(diào)控乳芽的成熟[15]。

1.2 基因?qū)ε咛テ谌橄俸腿轭^發(fā)育的調(diào)控

在豬乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生過程中的不同階段，除受主要信號通路調(diào)控外，還存在一些其他基因的調(diào)控：PTHrP 和PTHR1基因表達(dá)于胚胎早期對乳腺形態(tài)發(fā)生過程有重要作用，當(dāng)PTHrP 和PTHR1基因被敲除時，小鼠乳腺導(dǎo)管和乳頭的形態(tài)發(fā)生消失[16-17]；GATA-3表達(dá)于胚胎早期，通過調(diào)控乳腺腔上皮細(xì)胞命運(yùn)從而影響乳腺的正常發(fā)育[18-19]；BMP4是骨成型蛋白家族成員之一，不僅可通過調(diào)節(jié)下游LEF-1基因經(jīng)由Wnt信號通路對乳腺形態(tài)發(fā)生進(jìn)行調(diào)控，而且也可通過與Tbx3相互抑制作用經(jīng)由Tbx3信號通路調(diào)控乳腺的形態(tài)發(fā)生[20]；Msx2表達(dá)于胚胎時期乳芽上皮細(xì)胞，其敲除鼠表現(xiàn)乳芽發(fā)育正常，但乳芽副產(chǎn)物及乳頭形態(tài)發(fā)生受到影響[16,21]。

2 豬乳頭數(shù)性狀QTL定位及候選基因

2.1 豬乳頭數(shù)性狀QTL定位方法

豬乳頭數(shù)性狀QTL定位方法主要包括資源群體組建、初步定位和精確定位、高密度的SNP搜尋以及候選基因的篩選等。

2.1.1 資源群體 主要包括家系群體和遠(yuǎn)源群體兩種。家系群體一般選取對目的性狀差異較大的兩個純種群體作為F0代，通過F0代雜交得到F1代，然后在F1代中選取乳房、生殖器管和骨骼符合選育標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)秀個體再進(jìn)行自交，得到擁有性狀分離的F2代，F(xiàn)0、F1和F2代就組成了所要構(gòu)建家系群體。Ren等[22]利用耳面積差異很大的白杜洛克公豬與二花臉豬母豬進(jìn)行雜交構(gòu)建家系群體，并通過F0、F1和F2代成功地定位了影響耳面積的QTL區(qū)域。遠(yuǎn)源群體則是由各地方品種以及外來豬種組成的群體。對遠(yuǎn)源群體的利用主要是通過其間差異來對比分析QTL區(qū)域，使定位更加精準(zhǔn)。

2.1.2 初步定位和精確定位 對乳頭數(shù)性狀來說，可根據(jù)美國USDA-MARC豬遺傳連鎖圖譜選取微衛(wèi)星標(biāo)記，對已建好的資源群體三代個體進(jìn)行全基因組掃描分析，初步確定定位區(qū)域。然后在此區(qū)域選擇已知的微衛(wèi)星標(biāo)記或開發(fā)一些新的SNP遺傳標(biāo)記進(jìn)行精確定位，最終得到較精確的影響豬乳頭數(shù)的QTL[22-23]。

2.1.3 高密度的SNP 根據(jù)SNP具有密度高、多態(tài)性豐富、遺傳穩(wěn)定性高和可自動化分析等特點，對上述已經(jīng)精細(xì)定位的影響乳頭數(shù)性狀的區(qū)域進(jìn)行高密度SNP搜尋和鑒別，精細(xì)作圖繪制高密度遺傳圖譜。同時，根據(jù)飛行時間質(zhì)譜技術(shù)對品種間或品種內(nèi)個體中已選定的SNP進(jìn)行基因型判定，并通過SHEsis軟件的x2進(jìn)行與乳頭數(shù)性狀關(guān)聯(lián)性分析[23]，從而有利于更好的研究候選基因。

2.1.4 候選基因的篩選 候選基因的概念在不同的研究領(lǐng)域中有所不同，生理學(xué)家認(rèn)為所有假定涉及特定性狀表達(dá)的基因均為候選基因。在以上的精準(zhǔn)定位后，通過精細(xì)作圖繪制遺傳圖譜可能把這些候選位點的數(shù)量減少到幾百個。然后通過基因表達(dá)譜對假定基因進(jìn)行選擇，找出對與目的性狀相關(guān)的基因，選出合適的候選基因[22-23]。

2.2 豬乳頭數(shù)性狀QTL定位及候選基因

豬乳頭數(shù)性狀QTL定位的研究主要包括總?cè)轭^數(shù)性狀QTL定位和左右側(cè)乳頭數(shù)性狀QTL定位兩方面。

2.2.1 總?cè)轭^數(shù)性狀QTL定位 目前國際上已有多個利用不同資源群體定位豬乳頭數(shù)性狀QTL的報道，在除SSC18外的所有常染色體成功定位到影響乳頭數(shù)性狀的QTL[24-26]。在乳頭數(shù)性狀QTL定位的研究中，大部分是以梅山豬和其它的品種豬構(gòu)建的樣本家系。Bidanel等[27]利用梅山×大白F2資源群體將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC3、SSC4、SSC7、SSC8、SSC11、SSC16；Zhang等[28]利用梅山×大白F2資源將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC6和SSC7；Wada等[29]利用梅山×阿根廷小型豬F2資源群體將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC1和SSC7；Sato等[30]利用梅山×杜洛克F2資源將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC3、SSC7、SSC8和SSC12。而小部分則是利用除梅山豬以外的其它豬種作為親本構(gòu)建家系。Ding等[31]利用白杜洛克×二花臉F2資源群體將乳頭數(shù)性狀QTL定位于SSC1、SSC3、SSC4、SSC5、SSC6、SSC7、SSC8、SSC9、SSC12、SSC13、SSC14和SSC16。因此，不同的種群豬乳頭數(shù)在染色體的QTL定位不同，這說明豬乳頭性狀調(diào)控的復(fù)雜性。在我國相關(guān)領(lǐng)域研究中缺乏本地豬種之間建立的雜交系，從選種的角度，應(yīng)加大選種力度，充分利用地方品質(zhì)資源。

2.2.2 左右乳頭數(shù)性狀QTL定位 在母豬乳頭相關(guān)性狀中，除了乳頭總數(shù)之外，還有一個重要的組分性狀，即左右乳頭數(shù)目不對稱。其原因可能是由于在胚胎發(fā)育過程中異常而導(dǎo)致。另外，豬乳頭的左右對稱情況與胚胎期乳頭原基發(fā)育相關(guān)，因此推測母豬乳頭的左右對稱性可能與其泌乳性能有關(guān)。據(jù)報道，在白色杜洛克×二花臉F2資源群體中左側(cè)乳頭數(shù)性狀QTL定位位于SSC1(142cM)、SSC3(119/46cM)、SSC4(40cM)、SSC5(74cM)、SSC6(125cM)、SSC7(95/59cM)、SSC8(80cM)和SSC12(79cM)，右側(cè)乳頭數(shù)性狀QTL定位位于SSC1(134cM)、SSC3(56cM)、SSC4(23cM)、SSC5(77cM)、SSC7(93/60cM)和SSC12(58cM)[31]。豬左側(cè)和右側(cè)乳頭數(shù)性狀QTL在染色體上的定位有較大的差異，具體受哪些基因的調(diào)控還有待研究。

2.2.3 豬乳頭數(shù)候選基因 Wimmers等[32]研究發(fā)現(xiàn)，位于SSClq28-29的RLN(relaxin gene，RLN)與翻乳頭的形成相關(guān)；ESR(estrogen receptor，ESR)位于SSC1p24-25，屬于核受體超家族成員之一，是由配體活化的轉(zhuǎn)錄因子，與豬乳頭形成有關(guān)[33]；位于SSC2的IGF-2和FSH (follicle- stimulating hormone，F(xiàn)SH)是影響乳頭形成的位置候選基因[33-34]，其β基因能夠?qū)ΨN豬乳頭數(shù)及產(chǎn)仔數(shù)產(chǎn)生直接的影響；位于SSC5上的IGF-1和PTHLH(parathyroid-hormone-like hormone，PTHLH)能與不同的通路共同調(diào)節(jié)乳腺和乳頭的形態(tài)發(fā)生；位于 SSC6上的TGFB和 LEPR (leptin receptor，LEPR)基因是影響乳頭形成的候選基因[35]；位于SSC7上的PRL(prolactin gene，PRL)對乳頭的特征有重要的影響[36]。

PTHLH和PTHR-1(parathyroid hormone-like hormone receptor 1，PTHR-1)對乳頭上皮間質(zhì)細(xì)胞間相互作用進(jìn)行調(diào)控，影響乳腺、乳頭的形態(tài)發(fā)生。在杜洛克與柏林小型豬構(gòu)建的F2群體中進(jìn)行豬乳頭數(shù)性狀QTL搜尋，結(jié)果表明PTHLH和PTHR-1是影響總?cè)轭^數(shù)和倒乳頭數(shù)的候選基因，同時也發(fā)現(xiàn) FGFR2、GHR、HGF、PDGFA、PDGFRA、PDGFB和VEGF等7個基因在正常和翻乳頭之間表達(dá)差異顯著[35-36]。對PTHLH和PTHR1基因進(jìn)行進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在杜洛克和柏林小型豬中PTHR1的SNP位點C1819T與總?cè)轭^數(shù)和倒乳頭數(shù)顯著性相關(guān)；PTHLH的SNP位點C375T與倒乳頭顯著相關(guān)，但在柏林小型豬中沒有發(fā)現(xiàn)與總?cè)轭^數(shù)和倒乳頭數(shù)的相關(guān)性。

LEF-I(lymphoid enhaneer-binding factor-l，LEF-I)基因?qū)儆赥GF家族成員之一，能直接耙定β-連環(huán)蛋白調(diào)控Wnt信號通路，是經(jīng)典Wnt信號通路關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。LEF-1基因位于豬第八染色體，含有12個外顯子，在早期胚胎中開始表達(dá)，是調(diào)控乳腺和乳頭形態(tài)發(fā)生的重要基因。Jonas等[35]通過對LEF-I mRNA進(jìn)行SNP搜尋，發(fā)現(xiàn)在lEF-1 mRNA 3′端存在2個SNP 位點(NM_001129967.1: g. 1351T>C和NM_001129967.1:g. 1666A>C)，其中SNP位點1351T>C與倒乳頭數(shù)和總?cè)轭^數(shù)顯著相關(guān)，SNP位點1666A>C與商品豬倒乳頭數(shù)顯著相關(guān)。

乳頭數(shù)是種豬繁殖性能選育的重要指標(biāo)之一，與窩產(chǎn)仔數(shù)和母豬的哺育率有較強(qiáng)的相關(guān)性。但到目前為止，影響乳頭數(shù)的主效基因還沒有篩選出來，仍需進(jìn)一步探索。國內(nèi)外研究利用不同品種間和品種內(nèi)進(jìn)行QTL定位并尋找影響豬乳頭數(shù)性狀的主效基因，但結(jié)果并不理想。另外，定位的結(jié)果也存在著差異性，不僅表現(xiàn)在QTL數(shù)目、定位的染色體區(qū)域，而且即使相同QTL定位的效應(yīng)也不完全相同[37]。其原因可能是由于采用的分子標(biāo)記數(shù)目和密度不同以及乳頭數(shù)性狀的遺傳基礎(chǔ)不一樣所致。因此，今后應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾臃肿訕?biāo)記密度，運(yùn)用更為精準(zhǔn)的高密度SNP標(biāo)記方法挖掘我國地方品種和培育品種乳頭數(shù)性狀的候選基因，進(jìn)而通過與性狀關(guān)聯(lián)分析確定主效基因，為選育具有較多乳頭數(shù)的種豬提供理論依據(jù)。

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