韓浩園，黃永震，黨瑞華，梁小軍，藍賢勇，陳 宏，雷初朝*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2. 寧夏農(nóng)林科學(xué)院動物科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750002)

?

?；芜z傳病的分子遺傳機制研究進展

韓浩園1，黃永震1，黨瑞華1，梁小軍2，藍賢勇1，陳 宏1，雷初朝1*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2. 寧夏農(nóng)林科學(xué)院動物科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750002)

本文綜述了?；芜z傳病的表現(xiàn)、種類及遺傳方式。對6種牛畸形遺傳病，即：牛蜘蛛腿綜合征、牛脊椎畸形綜合征、牛并趾癥、牛短脊椎綜合征、牛侏儒癥、?；堑谋硇?、分子遺傳機制的最新研究進展進行了概述。這些進展對了解和研究我國牛的畸形遺傳病具有重要參考價值。

牛；畸形綜合征；分子機制；研究進展

?；芜z傳病是指DNA遺傳物質(zhì)的改變導(dǎo)致牛出現(xiàn)身體骨骼結(jié)構(gòu)畸形或功能障礙，且可以遺傳的疾病。在過去50年里，由于有效應(yīng)用基于數(shù)量遺傳學(xué)的育種方案，牛的生產(chǎn)性能有了大幅度的提高。高強度的選擇，加上人工授精技術(shù)的普及和應(yīng)用，極大地提高了牛產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，但隨之而來的問題是，牛群的近交系數(shù)逐漸增大，群體有效含量逐漸降低，因此養(yǎng)牛業(yè)面臨著遺傳病的定期暴發(fā)。家畜育種中，尤其是在以人工授精技術(shù)廣泛應(yīng)用的牛育種中，分析并淘汰引起牛遺傳病的有害基因尤為重要。本文綜述了牛蜘蛛腿綜合征、牛脊椎畸形綜合征、牛并趾癥、牛短脊椎綜合征、牛侏儒癥、?；堑姆肿舆z傳機制的最新研究進展。

1 牛蜘蛛腿綜合征

牛蜘蛛腿綜合征(Arachnomelia syndrome，AS)是一種主要在歐洲瑞士褐牛和德系西門塔爾牛群體中出現(xiàn)的以骨骼畸形為病理特征的先天致死性遺傳病，由于患病犢牛外觀像蜘蛛而得名。該病于1975 年由德國科學(xué)家Rieck和Schade最早報道[1]。

患病犢牛出生時已死亡或出生后不久死亡，患病犢牛體重較輕，頭部、背部和四肢的骨骼均表現(xiàn)畸形。主要特征是：(1)頭部畸形，包括下頜骨短，上頜骨向下凹陷，上頜前端呈圓錐形，并向上微微翹起；(2)背部畸形，脊柱向背側(cè)彎曲，呈“蜷縮駝背”狀態(tài)。但是肋骨和肩胛骨正常；(3)四肢僵直，骨骼畸形，后肢畸形尤為嚴重，掌骨和跖骨向內(nèi)側(cè)彎曲與身體平行或呈一定角度。長骨骨干比正常犢牛細而脆弱，骨端正常，即所謂的“蜘蛛腿”，經(jīng)常伴有自發(fā)性骨折，在分娩過程中可能會傷害母牛產(chǎn)道，腿部肌肉有萎縮現(xiàn)象?；疾倥ｉL骨的外徑和內(nèi)徑偏小，但是骨密質(zhì)部分寬度未發(fā)生改變?；疾€體一般都同時存在3種上述部位的畸形，不單獨出現(xiàn)某個癥狀。

系譜分析推斷患有牛蜘蛛腿綜合癥的瑞士褐牛個體均來自美國Norvic Larry牛場的瑞士褐牛公牛LILASON[2]?；疾〉孪滴鏖T塔爾牛則都可以追溯到同一頭公牛Semper。系譜分析后證實該病在兩個群體中均屬于常染色體隱性遺傳病。但是兩個群體AS的定位結(jié)果不同，推測可能存在不同的突變機制。瑞士褐牛AS是由5號染色體SUOX(Sulfite oxidase)基因外顯子4插入一個G堿基(c.363-364insG)所致，該插入突變會導(dǎo)致SUOX蛋白的氨基酸序列124位置發(fā)生移碼突變，且由于該移碼突變導(dǎo)致提前產(chǎn)生終止密碼子[3]。而西門塔爾牛的AS是由牛23號染色體的MOCS1(Molybdenumcofactorsynthesisstep1)基因外顯子11的一個2 bp缺失突變(c.1224_1225delCA)引起，預(yù)測該突變將造成移碼突變，產(chǎn)生不成熟的短鏈蛋白，進而引起MOCS1A蛋白的功能喪失[4]。目前已建立了一種熒光自動化檢測方法，能夠?qū)σ鹞鏖T塔爾牛和瑞士褐牛蜘蛛腿綜合征的兩個突變位點進行同時檢測。

2 牛脊椎畸形綜合征

牛脊柱畸形綜合征(Complex vertebral malformation，CVM)是近年來新發(fā)現(xiàn)的致死性牛常染色體隱性遺傳缺陷病[5]，1999年，丹麥科學(xué)家Agerholm最先報道了該病的發(fā)生[5]，隨后在美國[6]、英國[7]、日本[8]等國家的荷斯坦牛群中也發(fā)現(xiàn)了CVM的存在。CVM主要表現(xiàn)為胎兒流產(chǎn)、死胎、早產(chǎn)，多見于妊娠260 d前的流產(chǎn)，嚴重影響荷斯坦牛的繁殖力，延長產(chǎn)犢間隔，產(chǎn)奶量下降，返情率升高，增加母牛淘汰率[9,10]，造成嚴重的經(jīng)濟損失。CVM純合子病牛出現(xiàn)胸、頸椎縮短，大量椎骨愈合且脊柱側(cè)凸，前肢腕關(guān)節(jié)對稱彎曲等癥狀[11,12]，但CVM攜帶者表現(xiàn)正常。該病可追溯至美國著名公牛Carlin-M. Ivanhoe. Bell(US1667366)的父親Penstate Ivanhoe Star(US1441440)。其家系在世界荷斯坦牛育種中被廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致CVM遺傳缺陷基因在全世界范圍的擴散。

Thomsen等[13]證實牛CVM的發(fā)生是由于SLC35A3(Solutecarrierfamily35member3，溶質(zhì)轉(zhuǎn)運家族35-3)基因第4外顯子559處發(fā)生G→T突變，導(dǎo)致180處纈氨酸置換為苯丙氨酸，致使異常的核苷酸糖轉(zhuǎn)運到高爾基體。根據(jù)這一突變位點，已建立PCR-PIRA(polymerase chain reaction-primer introduced restriction analysis, 聚合酶鏈式反應(yīng)-引物誘導(dǎo)限制性分析法)、PCR-SSCP(Polymerase Chain Reaction-Single Strand Conformation Polymorphism，聚合酶鏈式反應(yīng)-單鏈構(gòu)象多態(tài)性檢測)、AS-PCR(allele-specific PCR，等位基因特異性聚合酶鏈式反應(yīng))檢測方法來檢測牛群的CVM[14-16]。

3 牛并趾癥

牛并趾癥(syndactyly)，也稱為騾蹄癥(Mule foot，MF)，是一種常染色體隱性遺傳病，但在不同品種中表現(xiàn)不同的外顯率，感染者一般一個或多個蹄均可表現(xiàn)騾蹄癥。1967年最早報道牛并趾癥，目前已經(jīng)在多個牛品種中發(fā)現(xiàn)該癥，但大部分都發(fā)生在美國荷斯坦牛中。騾蹄癥攜帶者的共同祖先是“Wayne Spring Fond Apollo”(注冊號：159582)，出生于1970年，曾經(jīng)是金牌公牛。

荷斯坦母?；疾€體15號染色體的LPR4(LowDensityLipoproteinReceptor-relatedProtein4，低密度脂蛋白受體結(jié)合蛋白)基因第33外顯子發(fā)生兩個連續(xù)的堿基突變(C4863A、G4864T)，導(dǎo)致LRP4蛋白的兩個密碼子發(fā)生改變，從而改變保守的類表皮樣生長因子蛋白的結(jié)構(gòu)[17]。

4 牛短脊椎綜合征

牛短脊椎綜合征(Brachyspina)是一種單一常染色體隱性遺傳缺陷。該癥攜帶者的祖先是Sweet Heaven Tradition 1682485和其兒子Bis-May Tradition Cleitus 1879085。患病犢牛體重嚴重減少，脊椎縮短，四肢細長。腦斷層掃描顯示，牛脊椎畸形，相鄰椎體骨骺完全或部分融合，在一些部位，由于沒有骨骺和椎間盤，骨干相鄰椎體融合，出現(xiàn)附肢骨骼內(nèi)骨骺的骨化過程紊亂。此外，尸體剖檢也發(fā)現(xiàn)牛腎臟、睪丸、心臟出現(xiàn)畸形。牛短脊椎綜合征是由21號染色體的FANCI(Fanconianemia,complementationgroupI，范可尼貧血相關(guān)蛋白I)基因突變引起的。橫跨FANCI基因第25到27外顯子處出現(xiàn)一段3.3 kb的片段缺失，該缺失引起編碼的氨基酸移碼，將451個泛素氨基酸肽鏈替換為26個殘留的無效肽鏈，并且使外顯子28的終止子引起無義RNA衰變，導(dǎo)致蛋白表達異常，組織發(fā)育紊亂[18]。

5 牛侏儒癥

牛侏儒癥(Chondrodysplastic Dwarfism，CD)為軟骨發(fā)育異常、軟骨發(fā)育不良和軟骨營養(yǎng)不良導(dǎo)致的侏儒表型，主要表現(xiàn)為新生犢牛四肢短、體型矮小，全身骨骼發(fā)育缺陷，四肢、頭部、脊椎縮短或畸形等。

牛侏儒癥主要是由基因缺陷，影響軟骨形成和發(fā)育，導(dǎo)致不正常的骨骼形態(tài)和結(jié)構(gòu)。微效多基因多位點突變導(dǎo)致軟骨基質(zhì)發(fā)育不良，骨骺生長盤部分消失引起長骨末端內(nèi)軟骨骨化不完全[19]。德克特牛中的侏儒癥是由ACAN(Aggrecan，蛋白多糖)基因編碼區(qū)的4 bp插入引起的[20]。牛侏儒癥屬于不完全顯性遺傳，雜合子牛的侏儒表型不明顯，而純合子牛表現(xiàn)出嚴重的不成比例的侏儒癥，通常在妊娠期死亡。安格斯牛中的侏儒癥與PRKGR基因突變有關(guān)[21]。褐毛和牛中的侏儒癥是由EVC2(EllisvanCreveldsyndrome2)基因突變引起的[22]。提洛爾灰牛中的侏儒癥也是由EVC2基因突變引起的，為隱性遺傳，外顯子19的2 bp缺失使翻譯提前終止，導(dǎo)致軟骨發(fā)育受阻和侏儒癥的發(fā)生[23]。

6 牛畸角

牛除了有角與無角之外，還有一種介于有角和無角之間的突變類型，俗稱畸角(scurs)，是于1936年首先發(fā)現(xiàn)的[24]。牛的畸角和角的發(fā)育部位是一致的，形成物質(zhì)也基本相同，都是由表皮分化的角質(zhì)物形成。但是畸角一般不能形成完整形態(tài)的角，故稱為畸角，其最大的差別是畸角直接與表皮相連，而正常角與頭骨的連接比較穩(wěn)固。

對于其遺傳機制，研究發(fā)現(xiàn)安格斯牛和加羅韋牛的畸角性狀可能是一種伴性遺傳，其具體的遺傳機制目前尚不明確[25,26]。加拿大畸角牛的畸角基因可能位于19號染色體[27]，法國夏洛萊牛的畸角性狀基因定位于4號染色體[28]?；堑倪z傳機制比較復(fù)雜，目前對畸角突變的來源及突變位點在基因組中的確切位置還不清楚。

7 中國牛畸形遺傳病的研究現(xiàn)狀

以上所述6種?；芜z傳病，在中國牛群體中僅對牛蜘蛛腿綜合征、牛脊椎畸形綜合征和牛短脊椎綜合征進行了遺傳缺陷檢測。通過對新疆褐牛常用公牛和母牛核心群中的牛蜘蛛腿綜合征的遺傳檢測發(fā)現(xiàn)，被檢測牛群不存在牛蜘蛛腿綜合征的致病等位基因，說明該群體不存在傳播牛蜘蛛腿綜合征的風(fēng)險[29,30]。對北京荷斯坦牛脊椎畸形綜合征遺傳缺陷檢測表明，荷斯坦母牛CVM攜帶者為21頭，攜帶率為3.80%，有害基因頻率為1.90%。通過系譜分析，15頭CVM攜帶者為Carlin-M Ivanhoe Bell(USA1667366)的后代[31]。對另一北京荷斯坦種公牛和母牛CVM遺傳檢測表明，其CVM缺陷基因頻率分別為4.41%和2.85%。通過系譜追蹤發(fā)現(xiàn)，CVM遺傳缺陷的共同祖先是美國名?！癙enstate Ivanhoe Star(USA. 1441440，CV)”[32]。而對北京密云地區(qū)的荷斯坦母牛進行研究，未發(fā)現(xiàn)脊椎畸形綜合征遺傳缺陷基因的攜帶者[33]。對北京地區(qū)636頭荷斯坦母牛的短脊椎綜合征的研究表明，其有害遺傳缺陷基因的攜帶率為6.8%，有害等位基因頻率為3.4%，通過系譜追蹤發(fā)現(xiàn)，BS遺傳缺陷可追溯到美國一頭非常優(yōu)秀的公牛Sweet Haven Tradition(USAM1682485，BY)，其后代在我國有一定的影響[34]。

?；芜z傳病會對于牛業(yè)發(fā)展造成巨大打擊，因此對我國牛畸形遺傳病的研究、候選基因的確定及遺傳缺陷檢測，可以為牛遺傳缺陷的監(jiān)控和合理選種選配提供科學(xué)依據(jù)。因此，防止?；芜z傳病攜帶者個體之間的交配，減少經(jīng)濟損失，對于對我國牛產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展十分必要，具有重要實踐意義。

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The Advancement of Genetic Mechanism of Bovine Malformation Syndrome

HAN Hao-yuan1, HUANG Yong-zhen1, DANG Rui-hua1, LIANG Xiao-jun2, LAN Xian-yong1, CHEN Hong1, LEI Chu-zhao1

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China; 2.InstituteofAnimalScience,NingxiaA&FAcademy,Yinchuan,Ningxia, 750002,China)

The phenotype, performance, and inheritance of bovine malformation syndrome, including arachnomelia syndrome, complex vertebral malformation, syndactyly, brachyspina, chondrodysplastic dwarfism, and scurs were summaried here. This is valuable for a better understanding of bovine malfomation syndrome in China.

cattle; malformation syndrome; molecular mechanism; advancement

7-03-10

2017-04-03

國家肉牛牦牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-38)資助。

韓浩園(1990-)，女，山東青島人，博士生，主要從事動物遺傳資源研究。

*通訊作者：雷初朝(1968-)，男，湖南常寧人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事牛遺傳資源研究。

S823

A

1001-9111(2017)03-0042-04