2. 铜仁职业技术学院, 贵州省畜禽健康养殖协同创新中心, 铜仁 554300;
3. 贵州省农业科学院畜牧兽医研究所, 贵阳 550005
2. Guizhou Cooperative Innovation Center of Livestock and Poultry Health Breeding, Tongren Vocational and Technical College, Tongren 554300, China;
3. Animal Husbandry and Veterinary Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550005, China
随着社会经济的刚性发展, 人们生活水平逐渐提高, 膳食结构向营养健康方向转变。山羊肉作为肉质细嫩、味道鲜美、蛋白质高、胆固醇低、热量低、富含人体必需氨基酸和微量元素的营养健康肉品, 倍受消费者青睐, 其市场需求量越来越大。影响山羊肉质的因素主要有饲养方式、营养水平、屠宰加工及基因调控等。山羊肉质评定的指标主要有肌肉嫩度、pH、肉色、系水力、肌内脂肪(intramuscular fat, IMF)含量、脂肪酸含量以及肌苷酸(inosine monophosphate, IMP)含量等。近年来, 分子生物学及基因工程等新技术在畜禽育种工作中应用越来越广泛, 目标基因功能解析越来越快捷准确。随着数量性状的主效基因序列中大量的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点的发现, 使畜禽的标记辅助选择育种突破了传统的常规育种方法, 加快了畜禽遗传改良的速度。本文对山羊肉质主要指标IMF、IMP、肌肉嫩度的相关主效基因脂肪型脂肪酸结合蛋白(adipocyte fatty-acid binding protein, A-FABP)、心脏型脂肪酸结合蛋白(heart fat acid binding orotein, H-FABP)、腺苷酸琥珀酸裂解酶(adenylosuccinate lyase, ADSL)、钙蛋白酶1(calpain 1, CAPN1)及钙蛋白酶抑制蛋白(calpastatin, CAST)基因的 研究进行综述, 旨在为探索山羊强度育肥下上述基因的表达调控构建技术思路和研究方法。
1 调控山羊IMF含量的主效基因IMF主要沉积在肌束膜及肌束周围, 形成可见的大理石花纹, 其含量是评价肉质的重要指标之一, 对肌肉的风味、嫩度、大理石纹等具有重要的影响[1]。研究表明, IMF直接参与肌肉嫩度、多汁性和风味的形成[2]。脂肪合成是从脂肪酸的合成和摄取开始, 山羊IMF的沉积受到脂肪代谢关键基因等复杂的基因网调控, 同时受动物生长、脂肪酸组成等因素综合影响[3-4]。有研究表明, A-FABP、H-FABP基因是影响IMF沉积的主效基因[5-8]。
1.1 A-FABPA-FABP又称为脂肪酸结合蛋白4(FABP4), 是一种膜周边蛋白, 该蛋白在脂肪细胞中能与脂肪酸结合, 能将脂肪酸从脂解部位运输到质膜, 有利于脂肪酸的释放, 从而促进脂肪酸的代谢和运转[9]。有研究表明, A-FABP基因是影响肉质性状的候选基因[8]。山羊A-FABP基因序列长399 bp, 编码132个氨基酸[10]。A-FABP基因在黔东南小香羊、贵州白山羊、贵州黑山羊、黔北麻羊和南江黄羊5个山羊品种的皮下脂肪、心脏、肝脏、肺脏、肾脏、背最长肌及半膜肌等组织中均有表达, 且皮下脂肪的表达量高于其他组织[11]。天府肉羊A-FABP基因表达量变化受年龄的影响最大, 并随着年龄的增长表达量也随之增长; 且A-FABP基因表达量与IMF含量表现为显著负相关[10]。张伟[12]在西农萨能奶山羊FABP4基因外显子2、内含子2发现SNP:G-3632-A、A-3716-G。研究发现, 在饲粮中添加1.5 mg/d铬饲喂伊朗本地品种Mahabadi山羊羔羊可显著降低FABP4基因的表达量[13]。
1.2 H-FABPH-FABP也称为脂肪酸结合蛋白3(FABP3), 是一类低分子质量(约15 ku)的胞浆蛋白, 该蛋白可以将脂肪酸从细胞膜运送到β-氧化以及三酰甘油和磷脂的合成位置, 它与脂肪酸特异性结合, 使细胞内外保持一定的浓度差, 从而促进脂肪酸摄取[14]。H-FABP具有促进细胞内脂肪酸转运的功能, 同时被称为转运蛋白, 在脂肪酸转运、基因转录等方面发挥着重要作用[15]。研究证明, FABP3基因是影响山羊IMF含量的候选基因[16]。山羊H-FABP基因完整编码区(CDS)大小为402 bp, 编码133个氨基酸, 由4个外显子和3个内含子组成[17-18]。FABP3基因在藏山羊和南江黄羊中的背最长肌、大肠、小肠、子宫、大脑、肾脏、脾脏和心脏组织中高表达。研究发现, 饲粮中添加鱼油可下调FABP3基因表达[19-20]。近几年, 多个山羊H-FABP基因SNP位点被发现, 但多数SNP需要研究者验证。钱成等[21]在黔北麻羊外显子3筛选到SNP位点T120A, 该位点对黔北麻羊RNA二级和蛋白二级结构稳定性的影响较大, 继而影响其生长发育。王兰萍等在[22]江苏地方山羊H-FABP基因第2外显子132 bp位点处发现SNP位点的GC基因型能提高IMF含量的遗传效应。谢一妮[5]在崇明白山羊、崇明杂山羊、徐淮山羊和关中奶山羊H-FABP基因中检测到SNP位点突变(A1017G)和缺失(G999-), 且2个SNP位点均对IMF含量有影响, 为确定H-FABP基因是山羊IMF含量的候选基因奠定了理论基础。
2 调控山羊IMP含量的主效基因IMP属于芳香杂环化合物, 其组成为6-羟基嘌呤核的杂环结构、1个核糖基团和1分子磷酸基, 分子式为C10H13N4O8P[23]。IMP是畜禽肉质鲜味的主要影响因子, 是最强的鲜味物质, 能提高畜禽的肉质鲜味, 是评定肉质鲜味的重要指标[24-25]。在畜禽死亡后, 肌肉中的ATP逐渐降解生成IMP[26]。腺苷琥珀酸裂解酶是IMP在畜禽机体内沉积的关键酶之一, 由ADSL基因编码, 有研究表明, ADSL基因是影响肌肉中IMP含量的主效基因[27]。
ADSL是IMP合成酶系中催化合成嘌呤核苷酸起始合成与循环的唯一双功能酶[28]。研究表明, ADSL基因是风味性状的主效基因[27]。在GenBank上发现, 山羊ADSL基因cDNA长1 666 bp。有研究发现, 中国美利奴羊(新疆军垦型)ADSL基因表达与IMP含量呈正相关, 基础饲粮添加1%方剂中草药, ADSL基因表达量增高[7]。不同饲养方式会影响ADSL基因在苏尼特羊肌肉中的表达量, 放牧可以增加ADSL基因在苏尼特羊肌肉中的表达量[29]。目前, ADSL基因在猪、鸡、鸭等畜禽上研究报道较多, 但在山羊上的研究报道极少, 需加强ADSL基因对山羊肉质的调控机理、分子标记等方面的研究。
3 调控山羊肌肉嫩度的主效基因肌肉嫩度是指肉在食用时对肌纤维碎裂的抵抗力, 反映了肉的质地, 是评定山羊肉质的重要指标之一[30]。研究表明, CAPN1和CAST基因是调控畜禽肉质嫩度的主效基因[31]。钙蛋白酶、CAST及钙蛋白酶激活蛋白共同构成了细胞蛋白水解系统, 存在于哺乳动物组织中, 主要依赖Ca2+激活, 其组分的相对含量决定了动物死后贮藏过程中肉质软化的程度[32]。CAST和CAPN1共同作用影响肌肉的嫩度[33]。
3.1 CAPN1CAPN1也称为μ钙蛋白酶(μ-calpain), 是钙蛋白酶家族的一员, 它参与肌肉蛋白的降解过程, 在肌肉嫩化过程中起重要作用, 分布于细胞和亚细胞器中, 由CAPN1基因编码[34-35]。赵伯阳[36]克隆到山羊CAPN1基因cDNA序列长为2 267 bp, CAPN1基因包括完整的开放阅读框2 151 bp, 编码716个氨基酸。研究发现, CAPN1基因在天府肉羊心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、眼肌、腿肌组织中发现均有表达, 其在肌肉组织中表达量最高, 且1岁羊的各组织中CAPN1基因表达量均显著高于其他年龄段[36]。王华[37]在高山细毛羊、小尾寒羊、藏羊、蒙古羊和滩羊CAPN1基因中发现SNP位点A630G, 位于外显子6, 此位点与胴体重和肉色有显著相关性。CAST mRNA表达量和CAST与CAPN1 mRNA表达量的比值对绵羊的肉嫩度﹑多汁性及大理石纹起负调控作用。CAST与CAPN1 mRNA表达量的比值对绵羊肉嫩度的调控作用最明显[38]。
3.2 CASTCAST是钙蛋白酶的内源性抑制蛋白, 由CAST基因编码, 可抑制肌肉内蛋白质的降解, 对肌肉生长和嫩度有重要影响, 可通过Ca2+激活钙蛋白酶来提高肌肉嫩度, 从而改善肉质[39-40]。目前, CAST基因已被确定为影响肉质的重要候选基因[41]。山羊CAST基因全长为2 435 bp, 包含1个2 187 bp的开放读码框, 编码1个含有728个氨基酸残基的蛋白[42]。山羊CAST基因序列与绵羊和牛CAST基因序列就有较高的同源性, 序列分析显示, 在第6外显子中存在非同义氨基酸变异, 在内含子区域内检测到同时存在序列变异和长度变异, 推测此变异对山羊CAST基因功能和表达有影响[43]。研究发现, CASTⅡ基因在天府肉羊心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、眼肌、腿肌组织中均有表达[36]。Gregula-Kania等[44]在生长羔羊CAST基因12内含子内进行基因型分析, 发现"ac"基因型公羊的腰部肌肉内脂肪含量最高, 在提高羔羊肉质的育种工作可优先选择"ac"基因型。王华[37]在高山细毛羊、小尾寒羊、藏羊、蒙古羊和滩羊的CAST基因发现SNP位点G62T和C110T, 这2个位点对失水率和剪切力有显著影响。任霆[45]在巴美肉羊的CAST(第6外显子和3非翻译区)基因发现多肽位点CAST-P4, CAST-P4多肽位点基因型在宰前活重、胴体重和背最长肌处的亮度值存在显著差异, 该位点与巴美肉羊肉质性状存在一定的关联性, 可作为影响羊肉质性状候选基因进一步研究。Jawasreh等[46]在Awassi羊CAST基因发现SNP位点Hha1, 基于CAST Hha1基因多态性, 对3组羔羊(3个基因型)进行为期70 d的育肥试验, 发现3种基因型间体重和长臂肌宽有显著差异。
4 小结与展望目前研究显示, IMF含量是肌肉风味和嫩度的重要指标, 受A-FABP、H-FABP基因调控。对山羊A-FABP、H-FABP基因的研究主要集中于基因表达、基因多态性及饲粮对基因表达的调控方面, 笔者尚未查阅到强度育肥对山羊H-FABP基因表达影响的相关研究。当前, 山羊肥羔越来越受到消费者的青睐, 系统化地研究强度育肥对山羊H-FABP基因表达的影响有助于为优质肥羔生产奠定生物学理论基础, 助推山羊养殖业的提质增效。
IMP是山羊肉质鲜味的重要影响因子, 其主效基因为ADSL基因, 但该基因的相关研究主要集中在家禽上, 在山羊上研究极少, 山羊ADSL基因多态性、mRNA差异性表达、基因调控机理等方面的研究需要业内专家的积极努力, 同时营养水平对IMP含量的主效基因ADSL基因表达调控的研究尚未见到报道。
大量研究证明, CAPN1与CAST基因是畜禽肉质嫩度的主效基因, 目前该基因在山羊上的研究主要集中在基因克隆测序、基因表达、基因多态性及与肉质关联性分析上, 强度育肥对肉质嫩度的主效基因表达的影响研究尚未见报道, 开展此方向的研究具有重要的理论和生产指导意义。
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