甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子多態(tài)性分析

李積友梁春花劉霞孫雪婧杜曉華1，

（1.甘肅省草食動(dòng)物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730070；4.甘肅省畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)管理局，蘭州 730030）

甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子多態(tài)性分析

李積友1，4梁春花2劉霞1，3孫雪婧2杜曉華1，2

（1.甘肅省草食動(dòng)物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730070；4.甘肅省畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)管理局，蘭州 730030）

采用PCR-SSCP方法檢測(cè)50頭甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子的遺傳多態(tài)性，并對(duì)群體內(nèi)各等位基因進(jìn)行測(cè)序，旨為探討西門(mén)塔爾牛MSTN基因與肉質(zhì)性狀關(guān)聯(lián)等方面的研究提供理論依據(jù)。結(jié)果顯示，甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子中，外顯子2受B、C等位基因控制，形成BB、CC和BC 3種基因型，基因型頻率分別為0.22（11/50）、0.64（32/50）、0.14（7/50）；外顯子1和外顯子3分別受A等位基因與D等位基因控制，形成AA和DD基因型，基因型頻率均為1（50/50）。序列分析表明，甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子中，外顯子2在第41 bp處發(fā)生了C→T的突變，但并沒(méi)有導(dǎo)致氨基酸發(fā)生改變，屬于同義突變；外顯子1和3均無(wú)突變。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子中，外顯子2為中度多態(tài)，其余均無(wú)變化。

MSTN基因；外顯子；遺傳多態(tài)性；西門(mén)塔爾牛

肌肉生長(zhǎng)抑制素（Myostatin，MSTN）屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子超家族的一員，對(duì)動(dòng)物肌肉的分化和生長(zhǎng)具有重要的負(fù)調(diào)控功能［1］。研究發(fā)現(xiàn)，該基因不同位點(diǎn)的單一變異均可能導(dǎo)致其活性的降低或喪失，從而表現(xiàn)出“雙肌”性狀［2］，在肉用家畜的品種選育方面有重要作用。截至目前，已有學(xué)者對(duì)豬、綿羊、普通牛和牦牛等家畜MSTN基因多態(tài)性進(jìn)行了相關(guān)的研究報(bào)道［3-8］。本研究采用PCR-SSCP方法對(duì)甘肅甘州地區(qū)西門(mén)塔爾牛MSTN基因3個(gè)外顯子進(jìn)行多態(tài)性分析，探討西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因的分子遺傳特征，旨為豐富西門(mén)塔爾牛MSTN基因的遺傳數(shù)據(jù)以及甘肅西門(mén)塔爾牛品種選育提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗(yàn)隨機(jī)選取甘肅省張掖市甘州區(qū)的50頭西門(mén)塔爾牛，每頭牛頸靜脈采血10 mL，ACD（酸性檸檬酸葡萄糖）抗凝，用常規(guī)苯酚-氯仿法從血樣中提取甘州西門(mén)塔爾基因組DNA，-20℃凍存。

蛋白酶K、Tris平衡酚購(gòu)自大連寶生物工程有限公司；丙烯酰胺、硼酸、乙二胺四乙酸（EDTA）購(gòu)自Amersco公司；過(guò)硫酸銨購(gòu)自煙臺(tái)市雙雙化工有限公司；去離子甲酰胺、TEMED購(gòu)自Sigma公司；甲叉購(gòu)自上海生工生物工程股份有限公司；2×Power Taq PCR Master Mix購(gòu)自北京百泰克生物技術(shù)公司；DNA marker購(gòu)自上海捷瑞生物工程有限公司；其他常規(guī)試劑均為進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)分析純級(jí)產(chǎn)品。

梯度PCR儀：美國(guó)ABI公司生產(chǎn)；PROTEANⅡ xi Cell雙垂直電泳槽、PowerPac Universal電泳儀：美國(guó)Bio-Rad公司生產(chǎn)；F32加熱/制冷循環(huán)儀：德國(guó)Julabo公司生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 引物設(shè)計(jì)與PCR擴(kuò)增 參考GenBank中的牛（AC_000159）MSTN基因序列，用Primer 3.0軟件設(shè)計(jì)3個(gè)外顯子引物，其引物序列及預(yù)擴(kuò)增片段的長(zhǎng)度詳見(jiàn)表1，引物由北京六合華大基因科技股份有限公司合成。

表1 西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子的引物序列及預(yù)擴(kuò)增片段長(zhǎng)度

PCR反應(yīng)體系為20 μL：其中ddH2O 7.4 μL，引物F和R各0.4 μL，預(yù)混酶11 μL，模板DNA0.8 μL，反應(yīng)條件：94℃預(yù)變性4 min；94℃變性30 s，退火30 s，外顯子1、2、3的退火溫度分別是57℃、56℃、58℃，72℃延伸30 s，共35個(gè)循環(huán)，最后72℃延伸10 min，4℃保存。PCR產(chǎn)物用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。

1.2.2 SSCP檢測(cè) 取2 μL的PCR產(chǎn)物加入8 μL的變性上樣緩沖液（980 mL/L去離子甲酰胺，0.25 g/L溴酚藍(lán)，0.25 g/L二甲苯青，pH8.0、0.01 mol/L EDTA），105℃變性10 min，立即冰浴10 min。外顯子1、2、3均用交聯(lián)度39∶1、濃度14%的非變性聚丙烯酰胺凝膠，150 V電泳24 h，溫度分別4℃、10℃、10℃，銀染法顯色后拍照。

1.2.3 序列分析 PCR產(chǎn)物送北京六合華大基因科技股份有限公司進(jìn)行測(cè)序。利用DNAStar軟件包中的EditSeq和MegAlign程序進(jìn)行DNA序列的剪切校對(duì)、比對(duì)和翻譯，堿基組成一致的序列判定為同種等位基因。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 基因型頻率、基因頻率統(tǒng)計(jì)和χ2檢驗(yàn)，基因雜合度（Heterozygosity，He）及有效等位基因數(shù)（Effective number of alleles，Ne）檢測(cè)利用POPGENE（版本1.32）軟件完成，多態(tài)信息含量（Polymorphism information content，PIC）利用PIC_Calc（版本0.6）軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

2.1 PCR擴(kuò)增

甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子用瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)（圖1），擴(kuò)增產(chǎn)物與預(yù)期擴(kuò)增片段的長(zhǎng)度相符，且條帶清晰明亮無(wú)雜帶，可直接用于SSCP分析。

2.2 SSCP檢測(cè)

SSCP分析結(jié)果顯示，所檢測(cè)的50頭西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群中外顯子1僅發(fā)現(xiàn)了AA一種基因型，外顯子3只發(fā)現(xiàn)了CC一種基因型，二者均無(wú)多態(tài)性（圖2、圖4）；外顯子2共發(fā)現(xiàn)了BB、CC、BC 3種基因型，受B和C等位基因控制（圖3）。

圖1 西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子的PCR擴(kuò)增

圖2 西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子1的PCRSSCP檢測(cè)

圖3 西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子2的PCRSSCP檢測(cè)

圖4 西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子3 PCR-SSCP檢測(cè)

2.3 序列分析

對(duì)具有多態(tài)性的PCR產(chǎn)物進(jìn)行克隆測(cè)序，得到甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子的核苷酸序列。將測(cè)序結(jié)果與GenBank中普通牛（AC_000159）的序列進(jìn)行比較分析，外顯子1只發(fā)現(xiàn)了AA一種基因型，且AA型與普通牛的相應(yīng)序列一致；外顯子3只發(fā)現(xiàn)了DD一種基因型，且DD型與普通牛的相應(yīng)序列一致，外顯子1和3均無(wú)多態(tài)性；外顯子2發(fā)現(xiàn)了BB、CC、BC三種基因型，受B和C等位基因控制，且BB等位基因與普通牛的相應(yīng)序列一致。外顯子2的C等位基因與B等位基因相比，在41 bp處發(fā)生C→T突變（圖5），但未引起氨基酸序列的變化，為同義突變。

2.4 遺傳多態(tài)性分析

對(duì)50頭甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子等位基因的基因型頻率和基因頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，外顯子1僅存在AA一種基因型，外顯子3只存在CC一種基因型，外顯子1和3的基因型頻率均為1（50/50）；外顯子2具有BB、CC、BC三種基因型，其基因型頻率分別為0.22（11/50）、0.64（32/50）、0.14（7/50），其中CC基因型為優(yōu)勢(shì)基因型。B、C兩個(gè)等位基因的基因頻率頻率分別為0.29、0.71，C等位基因是甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群的優(yōu)勢(shì)等位基因。χ2檢測(cè)結(jié)果顯示，MSTN基因3個(gè)外顯子的3種基因型在甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群中處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)（P＞0.05）。甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子2突變位點(diǎn)的雜合度（He）、有效等位基因數(shù)（Ne）及多態(tài)信息含量（PIC）的值分別為0.1400、1.7001和0.32706，表現(xiàn)為中度多態(tài)。

3 討論

MSTN基因?qū)趋兰〉纳L(zhǎng)具有負(fù)調(diào)節(jié)作用，該基因雖然在進(jìn)化過(guò)程中很保守，但也存在一定的多態(tài)性。目前研究結(jié)果證實(shí)，MSTN基因突變可以導(dǎo)致牛具有雙肌性狀，表型特征是臀部、大腿、上臂、胸及起支撐作用的中前端肌肉群異常發(fā)達(dá)，皮下脂肪少，而有更多的脂肪沉積于肌纖維之間，皮膚薄［9］。迄今為止，已經(jīng)在14種牛中發(fā)現(xiàn)了雙肌現(xiàn)象。在肉牛中，MSTN基因的3個(gè)外顯子上已發(fā)現(xiàn)9個(gè)影響氨基酸序列的變異，其中6個(gè)可導(dǎo)致“雙肌”。Lee等［10］在皮埃蒙特牛MSTN基因中發(fā)現(xiàn)某些單核苷酸替換導(dǎo)致了MSTN蛋白質(zhì)功能的喪失。Kambadur等［11］和Miranda等［12］在研究比利時(shí)藍(lán)?！半p肌”性狀時(shí)發(fā)現(xiàn)，其MSTN基因第3外顯子處一個(gè)11 bp的缺失是造成比利時(shí)藍(lán)牛產(chǎn)生“雙肌”性狀的原因。Grobet等［13］檢測(cè)了10個(gè)歐洲牛品種的32頭雙肌牛，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了7個(gè)DNA多態(tài)性，其中5個(gè)推測(cè)造成了蛋白質(zhì)功能的改變，1個(gè)為保守氨基酸替換，另一個(gè)為沉默DNA突變；在內(nèi)含子中檢出了4個(gè)DNA多態(tài)型。冀德君等［14］研究了中國(guó)普通牛、瘤牛、大額牛和牦牛4個(gè)牛屬該基因外顯子區(qū)核苷酸序列的變異，結(jié)果顯示，4個(gè)中國(guó)牛種的MSTN基因發(fā)現(xiàn)7個(gè)核苷酸多態(tài)位點(diǎn)。

圖5 BB、BC和CC基因型位于41 bp處突變的測(cè)序峰圖

本研究利用PCR-SSCP方法分析了甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子的多態(tài)性，結(jié)果顯示，外顯子1僅檢測(cè)出A等位基因，形成一種AA基因型；外顯子2在其第41 bp處存在單堿基的突變，有B、C兩個(gè)等位基因，其中C等位基因?yàn)閮?yōu)勢(shì)等位基因，形成BB、BC和CC三種基因型；外顯子3只檢測(cè)到D等位基因，形成一種DD基因型；在對(duì)50頭甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群群體基因型的檢測(cè)中，外顯子1僅發(fā)現(xiàn)1例AA型突變純合體，外顯子3也只檢測(cè)到1例DD型突變純合體，外顯子1和3均未檢測(cè)到雜合基因型，這一結(jié)果與呂文發(fā)等［15］報(bào)道的中國(guó)西門(mén)塔爾群體中外顯子1發(fā)現(xiàn)了AC、CC兩種基因型的結(jié)果不一致。原因可能是本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象為50頭甘州地區(qū)的西門(mén)塔爾牛類(lèi)群，其樣本數(shù)量不夠多、樣本來(lái)源比較集中、地理?xiàng)l件差異、氣候溫度等有關(guān)，也可能是由于引進(jìn)西門(mén)塔爾牛的代數(shù)不長(zhǎng)或是隨著西門(mén)塔爾牛與甘州當(dāng)?shù)氐狞S牛雜交代數(shù)的增加，經(jīng)過(guò)自然淘汰或人工選擇其基因型趨于穩(wěn)定狀態(tài)，外顯子1的AA型和外顯子3的DD型被保留了下來(lái)，具體原因有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。外顯子2只發(fā)現(xiàn)7個(gè)BC基因型，其基因型頻率遠(yuǎn)低于BB和CC型，同時(shí)純合體CC基因型頻率也遠(yuǎn)高于BB和BC型，結(jié)果表明C等位基因在長(zhǎng)期的人工選育過(guò)程中受到正向選擇，處于優(yōu)勢(shì)地位。在甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子2中發(fā)現(xiàn)1處突變位點(diǎn)即第41 bp處C→T堿基的顛換，但并沒(méi)有導(dǎo)致西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因氨基酸的改變，其是否會(huì)對(duì)整個(gè)MSTN的蛋白功能產(chǎn)生一定的影響，有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

多態(tài)信息含量（PIC）和雜合度（He）都是群體內(nèi)遺傳變異的測(cè)度，其值的高低反映了群體內(nèi)個(gè)體的均質(zhì)度，遺傳變異大，數(shù)值就高。Botstein等［17］提出了確定位點(diǎn)多態(tài)性的標(biāo)準(zhǔn)：PIC＞0.5為高度多態(tài)，PIC＜0.25為低度多態(tài)，0.25＜PIC＜0.5則為中度多態(tài)。本研究中，甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子2基因座的多態(tài)信息含量是0.327 0，呈現(xiàn)中度多態(tài)，外顯子1和3均無(wú)多態(tài)。通過(guò)對(duì)甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因3個(gè)外顯子的遺傳多態(tài)性分析發(fā)現(xiàn)，甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)。這可能是由于甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群選擇壓力不強(qiáng)，因此在人工選擇、遷徙和遺傳漂變等各種因素的作用下該基因座處于動(dòng)態(tài)平衡中。說(shuō)明甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群群體內(nèi)遺傳比較穩(wěn)定，這可能與甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群的本品種選育有關(guān)。

目前，對(duì)于MSTN的研究相當(dāng)廣泛。MSTN突變的動(dòng)物不僅骨骼肌群分布廣泛，且肉質(zhì)性狀優(yōu)良，MSTN基因已成為畜禽肉質(zhì)性狀的最主要標(biāo)記基因，因此在畜牧業(yè)上，可以篩選MSTN基因突變的個(gè)體，通過(guò)育種培育出產(chǎn)肉率高的優(yōu)良畜禽品種。

4 結(jié)論

甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因外顯子1由A等位基因控制，外顯子3由D等位基因控制，外顯子1和3分別形成AA基因型和DD基因型；外顯子2由B、C兩個(gè)等位基因控制，存在BB、CC和BC三種基因型，基因型頻率分別為0.22，0.64，0.14。與其他牛相比，甘肅西門(mén)塔爾牛甘州類(lèi)群MSTN基因僅外顯子2在41 bp處發(fā)生了C→T的突變，外顯子1和3均無(wú)多態(tài)，外顯子2基因座的PIC值為0.3270，呈中度多態(tài)。

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（責(zé)任編輯 李楠）

Polymorphism Analysis of MSTN Gene Exons of Ganzhou Simmental Cattle in Gansu Province

Li Jiyou1，4Liang Chunhua2Liu Xia1，3Sun Xuejing2Du Xiaohua1，2
（1. Gansu Key Laboratory of Herbivorous Animal Biotechnology，Lanzhou 730070；2. College of Veterinary Medicine，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070；3. College of Life Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070；4 Gansu Provincial Bureau of Animal Husbandry Industry Management，Lanzhou 730030）

PCR-SSCP（single-strand conformational polymorphism）was used to detect the genetic polymorphism in 3 exons of myostatin（MSTN）gene in 50 individuals of Ganzhou Simmental cattle in Gansu. The alleles in a population were verified by sequencing， which provided the theoretical evidences for investigating the correlation between MSTN gene of Simmental cattle and meat quality. The results showed that the polymorphism in the exon 2 was controlled by B and C alleles， which formed 3 genotypes of BB， CC and BC with the frequencies at 0. 22（11/50），0. 64（32/50）and 0. 14（7/50）respectively. The polymorphism in the exon 1 and exon 3 was controlled by A and D allele respectively， which formed AA and DD genotypes with frequencies at 1（50/50）. Sequence analysis indicated that there was one single nucleotide mutation of C to T at 41stnucleotide in the exon 2 of Ganzhou Simmental cattle；however this did not lead to the amino acid changed， so it was a synonymous mutation. There were no mutations in the exon 1 and exon 3. The statistical results showed that the exon 2 of MSTN gene in 50 individuals of Ganzhou Simmental cattle had a moderate level of polymorphism， and the exon 1 and exon 3 had no polymorphism.

MSTN gene；exon；genetic polymorphism；Simmental cattle

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.06.026

2014-10-29

甘肅省草食畜牧業(yè)發(fā)展行動(dòng)（GNKJ-2009-11）

李積友，男，碩士，研究員，研究方向：動(dòng)物遺傳育種；E-mail：youjili@sina.com

杜曉華，男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：基礎(chǔ)獸醫(yī)學(xué)和動(dòng)物發(fā)育生物學(xué)；E-mail：duxh@gsau.edu.cn