豬POU1F1和GH基因及其多態(tài)性的研究進(jìn)展

孔偉林，壽奎均，陳成紅，黃 強(qiáng)，黃學(xué)超

（1.浙江省諸暨市王家井鎮(zhèn)動物衛(wèi)生監(jiān)督站，浙江 諸暨 311813；2.浙江省諸暨市同山鎮(zhèn)動物衛(wèi)生監(jiān)督站，浙江 諸暨 311808）；3.浙江省諸暨市畜牧獸醫(yī)局，浙江 諸暨 311800；4.浙江省諸暨市國偉禽業(yè)有限公司，浙江 諸暨 311813）

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對豬POU1F1和GH基因做了一些基礎(chǔ)性研究，結(jié)果表明這兩個基因都是與動物生長相關(guān)的重要基因。本文對豬POU1F1和GH基因的研究概況進(jìn)行了闡述。

1 POU1F1基因

垂體特異性轉(zhuǎn)錄因子（PIT-1）是POU結(jié)構(gòu)域中幾種同源（異型）蛋白之一，目前已被正式命名為POU1F1[1]。該蛋白能夠調(diào)控生長激素、催乳素和促甲狀腺素的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，對動物生長發(fā)育過程起重要的調(diào)節(jié)作用。目前已在多種動物上發(fā)現(xiàn)其多態(tài)性與生長性狀相關(guān)。劉波、陳宏等在秦川牛及其雜種牛的四個群體中檢測POU1F1的酶切多態(tài)性，發(fā)現(xiàn)AB、BB基因型個體在胸圍、十字部高指標(biāo)上顯著高于群體AA型個體（P＜0.05），可作為秦川牛體尺指標(biāo)（胸圍、十字部高）的候選基因之一[2]。龐瑾等在7個中國地方豬品種和3個國外豬品種中進(jìn)行了POU1F1基因的多態(tài)性分析，結(jié)果在7個地方品種中檢測到第4外顯子上有一個突變，沒有氨基酸變化；在3個國外品種中檢測到1個Rsa I限制性內(nèi)切酶的多態(tài)酶切位點[3]。由此看來，POU1F1基因標(biāo)記的多態(tài)信息含量較高，遺傳變異較大，分析POU1F1基因多態(tài)性進(jìn)而探討其對生長的調(diào)節(jié)作用，對于提高豬的產(chǎn)肉性能具有重要的意義。

1.1 POU1F1的生物學(xué)功能 POU1F1蛋白是動物垂體前葉特異性表達(dá)的一種具有重要功能的轉(zhuǎn)錄因子[4]，該蛋白對垂體前葉胚胎發(fā)育以及生長激素（GH）、催乳素（PRL）和促甲狀腺素亞β單位（TSHβ）基因的表達(dá)起決定性作用。在多種垂體激素缺乏而導(dǎo)致侏儒的鼠和人類中，均可發(fā)現(xiàn)POU1F1基因活性的喪失。POU1F1在胚胎期率先表達(dá)，提示POU1F1蛋白對于胚胎期垂體前葉細(xì)胞分化以及GH、PRL和TSH細(xì)胞的發(fā)育有重要作用。POU1F1基因突變可以導(dǎo)致垂體發(fā)育萎縮，使GH、PRL和TSHβ分泌完全缺乏，從而導(dǎo)致矮小現(xiàn)象出現(xiàn)。所以，POU1F1蛋白對于垂體細(xì)胞的形成和垂體細(xì)胞的增生具有重要作用。POU1F1蛋白與垂體中的 PRL、GH、TSHβ 基因及POU1F1自身的啟動子結(jié)合，調(diào)節(jié)這些基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，進(jìn)而對動物的生長發(fā)育、繁殖和免疫等起重要作用。

1.2 POU1F1基因的結(jié)構(gòu)與定位 POU1F1基因是POU結(jié)構(gòu)域基因家族的成員之一，而POU結(jié)構(gòu)域因子家族是一類轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，POU基因家族分成六大類，不同類別的成員行使不同的功能。POU1F1蛋白有3個重要的結(jié)構(gòu)域：N端轉(zhuǎn)錄激活區(qū)、POU特異區(qū)（ POU-SD）和 POU 同源區(qū)（ POU-HD）[5]。POU1F1蛋白對于靶基因的轉(zhuǎn)錄激活作用依靠此N端轉(zhuǎn)錄激活區(qū)，而POU-SD和POU-HD的主要功能是識別靶DNA的特異順序并與之呈高親和力的結(jié)合，從而啟動靶DNA的轉(zhuǎn)錄。豬POU1F1基因被發(fā)現(xiàn)定位于13號染色體上的q46區(qū)域[6]，已知其cDNA序列全長876bp，編碼292個氨基酸，包含6個外顯子，約含60個氨基酸。豬POU1F1基因序列與其他已知POU1F1序列的哺乳動物的同源性達(dá)95%，氨基酸序列上的差別僅出現(xiàn)在氨基端區(qū)域，POU-SD與POU-HD區(qū)域則高度保守。

Yu T P等[7]以豬POU1F1基因cDNA片段為探針，克隆了全長為2695bp的POU1F1基因組區(qū)域并進(jìn)行測序，隨后Tuggle CK等、Nicolas、Chung等也對POU1F1基因組區(qū)域進(jìn)行了克隆測序，但他們所得的DNA序列彼此并不一致，而且在POU-SD和POUHD區(qū)域中均有差異。但據(jù)江蘇省動物遺傳育種重點實驗室最近的研究驗證，發(fā)現(xiàn)Yu T P等的這段2695 bp的POU1F1基因組序列是最具科學(xué)性和說服力的。

1.3 豬POU1F1基因的多態(tài)性研究 美國的Tuggle等早在1993年就開始了POU1F1基因多態(tài)性與豬生長及胴體性狀的關(guān)系研究，研究結(jié)果是在中國豬種梅山豬的POU1F1基因中發(fā)現(xiàn)了一個Bam HI多態(tài)基因座，BB基因型豬有相對較大的初生重及平均背膘厚，但在美國豬種中并沒有發(fā)現(xiàn)同樣的多態(tài)基因座。為了進(jìn)一步研究POU1F1的多態(tài)性與豬生長和胴體性狀的關(guān)系，Yu T P等選用由梅山豬×杜洛克豬、梅山豬×漢普夏豬、梅山豬×長白豬、民豬×漢普夏豬和民豬×長白豬所組成的五個三代雜交資源家系，運用 PCR-RFLP 方法檢測 Bam HI、Msp I、Rsa I 3 種限制性內(nèi)切酶的多態(tài)性，分析與豬初生重、21日齡重、斷奶重、平均日增重、背最長肌面積、肉色、大理石紋、硬度、背膘厚測量值等指標(biāo)的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Msp I CC基因型的豬相對于DD基因型豬有較高的出生重（CC型比DD型高0.12kg），在幾個背膘厚測量指標(biāo)上，也均高于DD基因型豬，而CC基因型最初來自于中國豬種所具有的等位基因[8]。通過以上分析，認(rèn)為POU1F1與豬早期生長性狀存在相關(guān)性，是標(biāo)記早期生長性狀的最接近的基因。

為了具體研究豬POU1F1基因的酶切多態(tài)性與中國地方家系品種生長性能的相關(guān)性，滕勇等采用PCR-RFLPs技術(shù)檢測Msp I酶切位點多態(tài)性，分析Msp I酶切突變位點不同基因型對“長杜楓姜”豬不同日齡段體重和日增重的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：MspI DD基因型豬在45、70、180日齡重上均與CD基因型和CC基因型豬呈顯著性差異；對于不同日齡段日增重，DD基因型豬也與CC基因型豬呈顯著性差異[9]?？梢奝OU1F1基因?qū)ωi的中期發(fā)育也起一定的作用。

結(jié)合以上研究，我們認(rèn)為POU1F1基因?qū)ωi的早中期發(fā)育均起一定的作用，因此該基因可以作為數(shù)量性狀的遺傳標(biāo)記。

1.4 POU1F1基因的研究前景 POU1F1基因的一個主要發(fā)展前景就是其在發(fā)育機(jī)制的早中期均起作用。據(jù)報道，雞胚發(fā)育到2d時即已檢測到POU1F1 mRNA的表達(dá)，牛POU1F1基因的轉(zhuǎn)錄激活貫穿于牛整個胚胎期的發(fā)育，而且豬和鼠POU1F1基因的表達(dá)均與它們的早期發(fā)育存在著相關(guān)性。這些就為檢測動物早期的表型性狀及飼養(yǎng)價值評估提供了依據(jù)，節(jié)省了遺傳育種大批量生產(chǎn)的麻煩，更好地為企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營服務(wù)。

2GH基因

生長激素（GH）是一種由腦垂體前葉嗜酸性細(xì)胞分泌的單一肽鏈蛋白質(zhì)類激素。在動物生長軸中，GH是調(diào)控動物生長發(fā)育和合成代謝的核心激素，其作用機(jī)理復(fù)雜，影響動物機(jī)體蛋白質(zhì)、脂肪和糖的代謝，與生長發(fā)育、繁殖等密切相關(guān)。

2.1 GH的生物學(xué)功能 生長激素的功能分為三類：代謝效應(yīng)、增殖效應(yīng)和分化效應(yīng)[10]。它具有促進(jìn)各組織器官發(fā)育，增加體細(xì)胞大小與數(shù)量，促進(jìn)骨骼增長，促進(jìn)有絲分裂，促進(jìn)脂肪前體細(xì)胞成熟分化、骨髓T細(xì)胞前體發(fā)育以及造血細(xì)胞分化等作用。生長激素最普遍的作用是促進(jìn)物質(zhì)合成代謝。它可直接刺激葡萄糖進(jìn)入肌肉細(xì)胞，加速蛋白質(zhì)合成，增加肌肉重量和蛋白質(zhì)沉積，使能量由脂肪組織向其他組織轉(zhuǎn)移。GH能提高氨基酸合成蛋白質(zhì)的速度，降低氨基酸的氧化分解；在GH作用下，蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)代謝的總量減少，合成量大于降解量，從而提高蛋白質(zhì)的沉積量。

GH通過降低機(jī)體內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)化成脂肪酸的速度，抑制脂肪酸合成酶mRNA的轉(zhuǎn)錄和乙酰CoA羧化酶（CBX）、脂肪合成酶的活性，降低脂肪酸的合成酯化，同時刺激脂肪的酶解作用，從而減少脂肪的沉積，GH還可改變脂肪組織對胰島素的效應(yīng)，拮抗胰島素對脂肪合成的刺激作用。GH對糖代謝的影響比較復(fù)雜，不直接參與糖代謝的調(diào)節(jié)，但它可改變組織對糖代謝的敏感性。生長激素對糖代謝的影響表現(xiàn)為胰島素樣和抗胰島素樣效應(yīng)。生長激素處理初期，血糖降低，此時葡萄糖的攝取和氧化加強(qiáng)，生長激素表現(xiàn)出胰島素樣效應(yīng)。但過一段時間后，葡萄糖氧化減少，血糖濃度顯著升高，同時胰島素濃度也升高，生長激素降低了靶組織對胰島素的敏感性，表現(xiàn)出抗胰島素效應(yīng)[11]。

2.2 GH基因的結(jié)構(gòu)與定位 近二十年來，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對豬GH基因結(jié)構(gòu)做出了大量基礎(chǔ)性工作。1983年Seeburg等成功克隆豬GH基因的cDNA，但沒有完整的5′端非編碼區(qū)[12]。Vize等首先確定豬的GH基因序列[13]。賈鋒等對豬GH基因的全序列進(jìn)行了測定，得出豬GH基因cDNA長度約為896bp[14]。目前已知，豬GH基因由5個外顯子和4個內(nèi)含子構(gòu)成， 外顯子大小分別為 10bp、161bp、171bp、162bp 和198bp，其中外顯子1最小，編碼前導(dǎo)肽中的3個氨基酸，外顯子5最大。該基因4個內(nèi)含子的大小分別為242bp、210bp、197bp和278bp， 其位置、 大小與人、牛和鼠的生長激素基因類似；其核酸序列的組成、內(nèi)含子的位置和長度、啟動子、5′和3′端非轉(zhuǎn)錄區(qū)都有很高的保守性。

2.3 豬GH基因的多態(tài)性研究 Kirkpatrick等首先擴(kuò)增出豬生長激素基因+48～+889位長約842 bp的片段。在17頭無相關(guān)漢普夏和約克夏公豬中檢測到GH基因5′端和第2內(nèi)含子存在RFLP，且5′端的等位基因頻率存在品種間差異[15]。Kirkpatrick等又對24頭無相關(guān)約克夏和19頭遠(yuǎn)交個體的GH基因+206～+711位進(jìn)行了PCR-RFLP檢測，發(fā)現(xiàn)Hae II在+308位呈多態(tài)性，Msp I在+577位呈多態(tài)性[16]。Larsen等用PCR-RFLP技術(shù)分析了丹麥4個豬種GH基因的-119～+486位片段，發(fā)現(xiàn)Apa I于+299位，Cfo I于+330和+379位呈多態(tài)性[17]。方美英等采用PCR-RFLP方法檢測6個豬種（姜曲海豬、內(nèi)江豬、杜洛克豬、桃源豬、香豬、民豬）的GH基因第2外顯子區(qū)的遺傳變異[18]。他們所擴(kuò)增的GH基因座位230bp片段，經(jīng)用Hha I酶切，產(chǎn)生了遺傳多態(tài)性。在此片段上共存在2個Hha I酶切位點，依次產(chǎn)生124bp、49bp和57bp。兩個酶切位點是由507處的C/T替換以及555～556處的G/A和C/A替換形成的。劉紅林等對中國地方豬種生長激素基因Hha I酶切片段的多態(tài)性特征也進(jìn)行了研究，他們采用PCR-RFLP技術(shù)分析了8個中國地方豬種（太湖豬、姜曲海豬、金華豬、皖浙花豬、內(nèi)江豬、香豬、桃源豬、民豬）和4個國外豬品種（皮特蘭豬、長白豬、大約克豬、杜洛克豬），結(jié)果表明，在生長激素第2內(nèi)含子和第2外顯子區(qū)Hha I酶切等位片段的頻率在豬種間存在顯著差異，其結(jié)果與方美英等人的研究結(jié)果一致[19]。

宋成義等（2001）利用PCR-RFLP技術(shù)分析了姜曲海豬GH基因+206～+711位共506 bp片段中的2處突變位點[20]，結(jié)果表明，Apa I酶切突變位點G4G4基因型個體的70日齡體重極顯著高于G3G3/G3G4基因型個體（P<0.01）；G4G4基因型個體的0～70日齡日增重也極顯著高于G3G3/G3G4基因型個體（P<0.01）。仲飛等以PCR方法擴(kuò)增了GH基因的第1內(nèi)含子，經(jīng)測序表明，擴(kuò)增的GH基因第1內(nèi)含子的序列與Vize等在1987年發(fā)表的序列存在6個堿基的差異，有高度的同源性，同源性達(dá)97.5%，說明GH基因第1內(nèi)含子具有多態(tài)性[21]。俞沛初等采用PCR-RFLP技術(shù)對香豬、上海白豬、大約克夏豬的生長激素基因-119～+715區(qū)域共843bp片段的擴(kuò)增產(chǎn)物，分別用Apa I、Dra I、Msp I 3種限制性內(nèi)切酶檢測酶切位點的多態(tài)性，結(jié)果顯示，3個品種都產(chǎn)生了Apa I的酶切多態(tài)性，經(jīng)測序發(fā)現(xiàn)，該酶切位點是由位于第1內(nèi)含子的+295位處的酶切位點缺失所造成的，導(dǎo)致切點缺失的原因是+295位上發(fā)生了G/A替換[22]。

圖1 部分GH基因中限制性多態(tài)位點

所有這些都說明豬的生長激素（GH）基因座位表現(xiàn)出了廣泛的多態(tài)性。綜合以上研究，可繪出部分GH基因中限制性多態(tài)位點圖（圖1）。

2.4 GH基因的研究前景 盡管國內(nèi)外學(xué)者對GH研究較多，但大部分研究集中在對GH的生產(chǎn)和應(yīng)用效果方面，如利用GH基因生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因豬和利用基因工程菌株來高效表達(dá)GH基因，以及生長激素對豬生長性能、胴體性狀和組成、肉質(zhì)、營養(yǎng)代謝等的影響。而真正研究GH基因多態(tài)性與生產(chǎn)性能關(guān)系的還不太多。已有的這些研究大多數(shù)集中在對多態(tài)位點的尋找上，其生物學(xué)意義還沒有確定，與生產(chǎn)性能的相關(guān)分析也比較膚淺，尚不能在豬的育種和生產(chǎn)實踐中應(yīng)用。

在今后的研究中，應(yīng)根據(jù)GH基因的多態(tài)性來判斷其基因型，并對這些不同基因型進(jìn)行分析，找出各種基因型與數(shù)量性狀的相關(guān)性，從而將分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用到動物育種實踐中去。

[1]Cohen L E，Zanger K，et al.Defective retinoic acid regulation of the PIT-1 gene enhancer:a novel mechanism of combined pituitary hormone deficiency[J].Mol Endocrinol，1999，13（3）:476-484.

[2]劉波，陳宏，藍(lán)賢勇，等.秦川牛及其雜種牛POU1F1基因多態(tài)與生長性能相關(guān)性[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（12）:2520-2525.

[3]龐瑾，李宏濱，鄭友民，等.豬PIT-1基因的多態(tài)性研究[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報，2005，36（6）:531-535.

[4]Tuggle C K，Trennkle A.Control of growth hormone synthesis[J].Domestic Animal Endocrinal，1996，13:1-33.

[5]Stancekova K，Vasicek D，Peskovicova D.Effect of genetic varibility of the porcine pituitary-specific transcription factor （PIT-1） on carcass traits in pigs[J].Animal Genetics，1999，30（4）:313-315.

[6]Tuggle C K， Yu T P， Helm J， et al.Cloning and restriction fragment length polymorphism analysis of a cDNA for swine PIT-1，a gene controlling growth hormone expression[J].Animal Genetics，1993，24:17-21.

[7]Yu T P， Sun H S， Wahls S， et al.Cloning of the full length pig PIT-1 （POU1F1） cDNA and a novel alternative PIT-1 transcript,and functional studies of theirencoded proteins [J].AnimalBiotechology，2001，12（1）:1-19.

[8]Yu T P， Tuggle C K， Schmitz C B， et al.Association of PIT-1 polymorphism swith growth and carcass traits in pigs[J].Journal of Animal Science，1995，73（5）:1282-1288.

[9]滕勇，宋成義，經(jīng)榮斌.豬POU1F1基因第 3內(nèi)含子Msp I酶切片段多態(tài)特征及其與生長性能相關(guān)性的研究[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報，2005，36（2）:205-208.

[10]孫遜，朱尚權(quán).生長激素的結(jié)構(gòu)與功能[J].國外醫(yī)學(xué)生理、病理科學(xué)與臨床分冊，1999，19（1）:6-9.

[11]烏尼爾夫，芒來.動物生長激素的研究現(xiàn)狀[J].畜牧與飼料科學(xué)，2005（5）:37-39.

[12]Seeburg P H.Efficient bacterial expression of bovine and porcine growth hormones[J].DNA，1983（2）:37-45.

[13]Vice PD.Isocation and characterization of the porcine growth hormone gene[J].Gene，1987，55:339-344.

[14]賈鋒，夏立，王辛中，等.豬生長激素cDNA的分子克隆[J].生物化學(xué)雜志，1989，5（2）:136-142.

[15]Kirkpatrick B W，et al.Detection of insention polymorphismsin 5 flank and second intron ofthe porcine growth hormone gene[J].Animal Genetics，1991，22（2）:192-193.

[16]Kirkpatrick B W.Hae II and Msp I polymorphisms are detected in the second intron of the porcine growth hormone gene[J].Animal Genetics，1992，23（2）:180-181.

[17]Larsen N J，et al.Apa I and Cfo I polymorphisms in the porcine growth hormone[J].Animal Genetics，1993，24（1）:71.

[18]方美英，姜志華，劉紅林.六個品種豬生長激素基因座位遺傳多態(tài)性檢測[J].動物學(xué)研究，1998，19（4）:334-336.

[19]Liu Hongli，et al.Hha I polymorphism characteristic of GH gene locus in Chinese pigs[J].Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，1998，14（2）:85-89.

[20]宋成義，經(jīng)榮斌，陶勇，等.豬GH基因部分突變位點對生產(chǎn)性能的影響[J].遺傳，2001，23（5）:427-430.

[21]仲飛，劉維全，孫麗翠，等.含第1內(nèi)含子的豬生長激素 DNA 基因的構(gòu)建[J].中國獸醫(yī)學(xué)報，2000，20（4）:347-351.

[22]俞沛初，華修國，郭傳甲.3個品種豬生長激素基因的多態(tài)性分析[J].上海交通大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)科學(xué)版），2005，23（3）:280-283.