王 真， 潘 赟， 畢 誼, 雷初朝， 陳 宏， 藍(lán)賢勇

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

肌肉生長(zhǎng)抑制素(myostatin，MSTN)又稱生長(zhǎng)分化因子8(growth and differentiation factor 8，GDF8)，是骨骼肌發(fā)育的主要調(diào)節(jié)因子之一[1]。MSTN在家畜出生前、出生后都起到關(guān)鍵作用，并且決定家畜的整體肌肉含量，由于MSTN基因突變，導(dǎo)致牛和羊等許多物種表現(xiàn)出“雙肌”現(xiàn)象。因此，一直以來，MSTN多態(tài)性及其對(duì)肉類產(chǎn)量的遺傳效應(yīng)研究是動(dòng)物育種領(lǐng)域的熱點(diǎn)。研究表明：MSTN基因在哺乳動(dòng)物中高度保守，過表達(dá)會(huì)減少肌肉重量；MSTN缺失型家畜骨骼肌重量增加，即所謂的“雙肌(雙肌)”表型。MSTN突變已經(jīng)在許多物種中被報(bào)道過，包括羊[2]、牛[3]、豬[4]、兔[5-6]以及人類[7]等。因此，本文首先介紹MSTN調(diào)控肌肉發(fā)育的機(jī)制通路，然后再探討MSTN突變及其與表型的關(guān)系，以及改變MSTN表達(dá)對(duì)家養(yǎng)動(dòng)物(牛、馬、山羊、綿羊、豬、雞和兔)的生理影響，最后，綜述了MSTN基因多態(tài)在國(guó)內(nèi)外畜禽中的研究進(jìn)展。

1 MSTN信號(hào)通路及其對(duì)動(dòng)物骨骼肌發(fā)育的調(diào)控

人、牛、綿羊、山羊的MSTN基因定位在2號(hào)染色體，兔和雞的MSTN基因定位在7號(hào)染色體，馬MSTN基因定位在18號(hào)染色體上，豬的MSTN基因定位在15號(hào)染色體。研究表明：MSTN在許多組織(包括乳腺)中表達(dá)，但主要在骨骼肌中表達(dá)[8〗。MSTN基因高度保守，包括3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，外顯子編碼一種375個(gè)氨基酸的潛在蛋白，該蛋白進(jìn)行翻譯后修飾從而具有生物活性[9]。首先，多肽通過形成二硫鍵在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行同源二聚化，然后裂解形成N-端前肽區(qū)和C-端成熟區(qū)。MSTN的C-端成熟片段通過結(jié)合和激活細(xì)胞表面激活素Ⅱ型受體啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)級(jí)聯(lián)，隨后激活素受體IIB(ActRIIB)自磷酸化導(dǎo)致低親和力I型受體招募激活素激酶受體4(Activin receptor-like kinase 4，ALK4)或激活素激酶受體5(activin receptor-like kinase 5，ALK5)；活化的I型受體激酶磷酸化轉(zhuǎn)錄因子Smad2和Smad3，使其與Smad4相互作用，并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中激活靶基因轉(zhuǎn)錄。MSTN受體的激活也抑制了蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)的活性，而肌肉纖維的增大和纖維肥大(簡(jiǎn)稱肥大)的過程在很大程度上是由Akt活性控制的[10]。MSTN在產(chǎn)前胎兒的肌肉發(fā)育過程的關(guān)鍵點(diǎn)調(diào)控肌肉發(fā)育，包括調(diào)控肌肉前體細(xì)胞增殖、成肌細(xì)胞增殖和分化[11]。Amthor等[12]的研究表明：MSTN的異位表達(dá)可下調(diào)肌肉前體增殖的關(guān)鍵標(biāo)志物Pax-3基因表達(dá)[12]；也可上調(diào)p21表達(dá)，最終抑制成肌細(xì)胞的增殖[13]。MSTN上調(diào)可檢測(cè)過度活躍的成肌分化抗原(myogenic differentiation antigen，MyoD)誘導(dǎo)的錯(cuò)誤分化，因此，MSTN可以抑制成肌細(xì)胞前體(Pax3+/MyoD+)和成肌細(xì)胞(Pax3-/MyoD+)的增殖；下調(diào)MSTN表達(dá)可導(dǎo)致上述細(xì)胞數(shù)量增加[14]。小鼠的研究表明，MSTN-/-小鼠表現(xiàn)為肌細(xì)胞增多導(dǎo)致肌肉增生[15]，在出生前不久，MSTN-/-小鼠肌肉中不僅肌肉纖維增多，而且每一根纖維都有明顯的增大(18%)。提示在小鼠中肌肉體積增加是由于出生前纖維數(shù)量增加(增生)和出生后纖維體積增大(肥大)的結(jié)果[16]。綜合已有研究，成肌細(xì)胞增殖和分化過程中MSTN作用可繪制成圖1。

注：視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白(Rb)處于低磷酸化狀態(tài)，抑制細(xì)胞分裂，由于重組人周期蛋白依賴性激酶2(CKD2)激酶過磷酸化Rb使其活性減弱，MSTN作用誘導(dǎo)的p21抑制CDK2的活性；MSTN還激活Smad2/3信號(hào)，抑制正常成肌細(xì)胞分化所需的MyoD表達(dá)。

圖1成肌細(xì)胞增殖和分化過程中肌肉生長(zhǎng)抑制素(MSTN)的作用

2 動(dòng)物“雙肌”表型

肌肉肥大一詞常被用來描述哺乳動(dòng)物在解剖后表現(xiàn)的肌肉增大；但是，一般來說，這個(gè)術(shù)語的使用并不嚴(yán)格，因?yàn)樵谠S多情況下，肌肉增大僅僅是由于出生前肌肉增生導(dǎo)致，而不包括出生后纖維肥大。具有重要商業(yè)價(jià)值的大型雙肌表型動(dòng)物，特別是牛，具有極高的胴體產(chǎn)量，同時(shí)體內(nèi)器官質(zhì)量較低[17]，然而，這些動(dòng)物更容易患呼吸道疾病、尿石癥、跛行、營(yíng)養(yǎng)不良、發(fā)熱和難產(chǎn)，導(dǎo)致體能較差[18]；此外，也會(huì)影響繁殖性能[19]。

在強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙肌肉牛比正常牛表現(xiàn)出更快的疲勞跡象，這與新陳代謝性酸中毒有關(guān)，因?yàn)檠貉h(huán)減少導(dǎo)致氧氣輸送不足和肌肉有氧代謝活動(dòng)減少[18]。事實(shí)上，雙肌肉牛的快速抽動(dòng)糖酵解纖維比例增加，導(dǎo)致糖酵解表型更快、更明顯[20]。在一種美國(guó)whippet賽狗品種中，人們發(fā)現(xiàn)MSTN第三外顯子中2-bp的缺失與雙肌表型有關(guān)，這種缺失使第3外顯子的939和940 nt消失，導(dǎo)致313位aa處代替正常的半胱氨酸而提前出現(xiàn)終止密碼子，相比較原來的375個(gè)aa減少了63個(gè)aa[21]。使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)的基因定位方法已被用于創(chuàng)建敲除MSTN小獵犬[22]。MSTN突變也會(huì)導(dǎo)致其他動(dòng)物包括人出現(xiàn)雙肌現(xiàn)象：Schuelke等人[7]觀察到MSTN存在SNP突變(g.IVS1+5G>A)導(dǎo)致一個(gè)小男孩的肌肉異常發(fā)達(dá)，尤其是大腿和上臂，但患者無健康問題，睪酮和IGF-1水平正常。由于MSTN對(duì)肌肉質(zhì)量、生長(zhǎng)等性狀的影響，利用MSTN多態(tài)性可來提高肉牛和羊等家畜的選擇[23]，故骨骼肌MSTN基因研究一直是動(dòng)物育種領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

3 動(dòng)物MSTN基因突變研究

3.1 牛MSTN多態(tài)性

位于比利時(shí)藍(lán)牛上的MSTN基因功能缺失突變最早由Grobet等人[24]報(bào)道，隨后不久，McPherron和Lee[16]不僅證實(shí)了Grobet的發(fā)現(xiàn)，也報(bào)道了皮埃蒙特牛MSTN的外顯子3存在無義突變。目前，大約有20種不同類型的遺傳變異在牛MSTN基因中已被鑒定，包括缺失、插入和單核苷酸多態(tài)性(SNPs)，一些MSTN等位基因突變和低表達(dá)與動(dòng)物生長(zhǎng)速度和胴體性狀有顯著的相關(guān)性[25]，且MSTN的缺失和抑制是導(dǎo)致肌肉質(zhì)量增加和脂肪質(zhì)量減少的主要原因[26]，因此這些多態(tài)性可用于提高肉牛肉質(zhì)和產(chǎn)量。但是在雙肌肉牛身上經(jīng)常出現(xiàn)與難產(chǎn)相關(guān)的問題，例如出生前由于纖維增生導(dǎo)致的小牛變大，進(jìn)而導(dǎo)致難產(chǎn)[27]，且純合子雙肌肉牛比雜合子表現(xiàn)出更多的難產(chǎn)問題。因此，為了在產(chǎn)生純合子動(dòng)物的同時(shí)降低成本，降低幼崽死亡率，值得考慮交配雜合子動(dòng)物[28]。

在皮埃蒙特牛中，雙肌表型是由第3外顯子g.938G>A位置發(fā)生替換發(fā)生的遺傳表型，此突變改變了MSTN的功能，破壞了蛋白質(zhì)的二硫鍵[29]。目前，該品種已被系統(tǒng)地選擇為雙肌肉牛，在許多畜群中固定(意大利的皮埃蒙特地區(qū)>96%為純合子)。一些研究表明，即與沒有突變的動(dòng)物相比，雜合雙肌表型對(duì)胴體的影響相對(duì)較大，對(duì)產(chǎn)犢?zèng)]有負(fù)面影響[30]。

Marchigiana牛第3外顯子存在g.874G>T的突變，此突變導(dǎo)致291位谷氨酸改變?yōu)?個(gè)終止密碼子[31]。雜合子動(dòng)物常被選為父系[32]，因?yàn)殡s合動(dòng)物比其他純合基因型動(dòng)物的肉質(zhì)量也更好，且擁有更為良好的健康狀況[33]。此外，在啟動(dòng)子區(qū)域g.-371T>A和g.-805G>C(相對(duì)于起始密碼子的基因組編號(hào))中發(fā)現(xiàn)了兩種不同的SNP突變。

在Blonde d’Aquitaine、Limousine Parthenaise和Rubia Gallega牛中均發(fā)現(xiàn)了11-bp的缺失(c.821_831del11)[29,34]。Limousine牛品種中存在1個(gè)顛換突變(g.433C>A)，該突變?cè)诠δ苌吓c肌肉質(zhì)量和胴體產(chǎn)量增加有關(guān)，且不導(dǎo)致生殖劣勢(shì)[35]；在皮埃蒙特牛中，存在1個(gè)g.938G>A的替換[29,34]；在Maine-Anjou牛中存在1個(gè)indel(c.419_421del7ins10)，導(dǎo)致140位氨基酸處提前出現(xiàn)終止密碼子[16]，此外，1個(gè)c.676G>T替換，也導(dǎo)致在p.Glu226Thr位置提前出現(xiàn)終止密碼子[24]。Charolaise和Limousine牛都有1個(gè)c.610C>T的替換，在204位氨基酸處提前出現(xiàn)終止密碼子[32]。此外，在瘤?；蚪M的MSTN編碼部分也已經(jīng)報(bào)道了14個(gè)多態(tài)性(3個(gè)在外顯子1，7個(gè)在外顯子2，4個(gè)在外顯子3)。然而，這些多態(tài)性是否為功能突變?nèi)杂写U明[36]。表1報(bào)告了牛MSTN基因的遺傳變異。

表1 牛MSTN基因突變

3.2 馬MSTN基因突變研究

Hosoyama等人[45]從純種馬中分離并測(cè)序了MSTN基因的cDNA序列。Dall’Olio等人[46]對(duì)16個(gè)馬品種進(jìn)行測(cè)序后，共發(fā)現(xiàn)7個(gè)SNP：2個(gè)位于起始密碼子上游啟動(dòng)子646 bp(GQ183900:g.26T>C)和156 bp(GQ183900:g.156T>C)位置；其余5個(gè)SNP位于內(nèi)含子區(qū)域，4個(gè)位于內(nèi)含子1，1個(gè)位于內(nèi)含子2。其中位于內(nèi)含子1的g.2115A>G突變與純血馬的短跑能力和賽跑耐力有關(guān)。隨后，在15個(gè)中國(guó)馬品種的研究，發(fā)現(xiàn)MSTN中有6個(gè)不同的SNP：2個(gè)SNP(g.26T>C和g.156T>C)在啟動(dòng)子區(qū)，2個(gè)SNP(g.587A>G和G.598C>T)在5′-UTR區(qū)域；另外2個(gè)SNP(G.1485 C>T和g.2115A> G)在第1內(nèi)含子中，其中g(shù).587A>G和g.598C>T突變?yōu)樾掳l(fā)現(xiàn)的SNP突變，而其他均是先前報(bào)道的[47]。

最近在4個(gè)波蘭馬品種中檢測(cè)到5個(gè)多態(tài)性(g.66495826T>C、g.66495696T>C、g.66493737T>C、g.66495254C>T和g.66490010T >C)[48]。g.66495254C>T多態(tài)性(又稱g.598C>T)[49]在中國(guó)馬品種、波蘭科尼克馬和阿拉伯馬中均有描述，此突變與純血馬的最佳奔跑距離相關(guān)[50]。在純血馬中首次報(bào)道MSTN基因存在g.66495326_66495327ins227位點(diǎn)多態(tài)[47]。表2報(bào)告了馬MSTN基因的遺傳變異。

表2 馬MSTN基因突變

3.3 山羊MSTN基因突變研究

在山羊MSTN基因多態(tài)性研究，劉錚鑄等[53-54]發(fā)現(xiàn)在19個(gè)山羊品種中發(fā)現(xiàn)MSTN基因在內(nèi)含子2存在SNP位點(diǎn)，且與生長(zhǎng)性狀顯著相關(guān)。在波爾山羊、馬頭山羊、海門山羊和努比山羊在5′-UTR區(qū)域內(nèi)均存在5-bp indel(c.12561260delinsTTTTA)多態(tài)，但僅在波爾山羊中檢測(cè)到外顯子1的1個(gè)SNP替換(g.1388T>A)[55]，在波爾山羊和安徽白山羊中發(fā)現(xiàn)了位于5′UTR區(qū)域(g.197G>A)和第1外顯子(g.345A>T)的2個(gè)新的SNP[56]。在中國(guó)22個(gè)不同山羊品種共發(fā)現(xiàn)8個(gè)SNP多態(tài)性(g.1980A>G、g.1981G>C、g.1982A>G、g.1984G>T、g.2121A>G、g.2124T>C、g.2174G>A和g.2246A>G)[57]。最近，Nguluma等[58]在波爾山羊中發(fā)現(xiàn)了1個(gè)新的多態(tài)性位點(diǎn)(g.298T>C)。表3總結(jié)了山羊MSTN基因的遺傳變異。

表3 山羊MSTN基因突變

3.4 綿羊MSTN基因突變研究

表4報(bào)道了綿羊MSTN基因的遺傳變異。除了在挪威白綿羊MSTN基因中發(fā)現(xiàn)存在1-bp缺失(MSTN:c.960delG)和羅姆尼羊存在1-bp插入(c.120insA)突變[60-61]外，其他SNP突變多位于基因的非編碼區(qū)域。

賀三剛等[62]報(bào)道在MSTN基因啟動(dòng)子區(qū)域，陶賽特羊、美利奴羊、巴音布魯克羊、多浪羊、阿勒泰羊存在-959T>C突變；在美利奴羊、巴什拜羊、巴音布魯克羊、多浪羊、阿勒泰羊中存在-784G>A突變。在國(guó)外的研究中，特塞爾綿羊肌纖維肥大，故特塞爾綿羊作為一種終端雜交品種被廣泛利用，它們具有特殊的構(gòu)造和潛力，可以在增加瘦肉和減少脂肪含量的情況下產(chǎn)生產(chǎn)量更高的胴體[63]。數(shù)量性狀位點(diǎn)分析鑒定了特塞爾綿羊2號(hào)染色體MSTN基因3′-UTR存在1個(gè)對(duì)肌肉質(zhì)量有影響的變異(g.6723G>A)，可為骨骼肌中高度表達(dá)的microRNAs(miR1和miR206)創(chuàng)建了靶點(diǎn)[64]。

挪威白羊雙肌表型表現(xiàn)為肌肉、尤其是后腿的過度發(fā)育。序列分析顯示雙肌個(gè)體MSTN基因缺失1-bp(c.960delG)，G堿基的缺失破壞了閱讀框，并在359氨基酸處提早產(chǎn)生終止密碼子(野生型動(dòng)物的終止密碼子在375氨基酸)[60]。在挪威白羊中也發(fā)現(xiàn)了特塞爾綿羊中發(fā)現(xiàn)的3′-UTR突變(c.*2360G>A)，但此突變對(duì)于挪威白羊的肌肉含量影響不大[60]，對(duì)MSTN編碼區(qū)域進(jìn)行測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙肌動(dòng)物體內(nèi)存在1個(gè)插入突變(c.120insA)，導(dǎo)致在49位氨基酸位置提前產(chǎn)生終止密碼子[60]。

在新西蘭不同綿羊品種MSTN的多態(tài)性研究，從核苷酸c.-1199(啟動(dòng)子區(qū)域)到3′-UTR的c*1813區(qū)域中共鑒定出28個(gè)SNP，其中3個(gè)位于啟動(dòng)子區(qū)域，3個(gè)位于5′-UTR，11個(gè)位于內(nèi)含子1，5個(gè)位于內(nèi)含子2，5個(gè)位于3′-UTR。共新發(fā)現(xiàn)10種新的替換突變：c.-959C>T、c.-784A>G、c.373+563A>G、c.373+607A>G、c.374-654G>A、c.374-54T>C、c.748-54T>C、c.*83A>G、c.*455A>G和c.*709C>A[65]；其他18例替換突變之前已被報(bào)道，在新西蘭雜交綿羊中觀察到的c.*123A突變和在特塞爾綿羊中報(bào)道的c.373+18T>G突變均與雙肌表型有顯著的聯(lián)系[66]。

澤爾羊是伊朗北部的一個(gè)肉羊品種，和伊朗的Iranian Baluchi sheep一樣，在第2內(nèi)含子中存在1個(gè)多態(tài)位點(diǎn)[67]。在5′-UTR、外顯子1和外顯子2區(qū)域發(fā)現(xiàn)了印度綿羊的3個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，其中外顯子1(c.539T>G)和外顯子2(c.821T>A)的2個(gè)SNP是非同義突變[68]，這些基因變異與雙肌表型均不顯著相關(guān)。

表4 綿羊MSTN基因突變

3.5 豬MSTN基因突變研究

易恒潔等[73]鑒定出高坡豬MSTN基因存在c.63C>Tde SNP位點(diǎn)，劉曉琴等[74]在長(zhǎng)白豬、大白豬、杜長(zhǎng)大、通城豬、萊蕪豬、五指山豬6個(gè)不同豬種中，共發(fā)現(xiàn)16個(gè)SNPs。Jiang等[75]在豬MSTN基因報(bào)道了3種SNP(登錄號(hào)分別為AF393396、AF393397和AF393398)，其中只有1個(gè)突變(MSTN:g.383T>A)與育成期約克郡豬(活體重60～100 kg)的平均日增重有關(guān)，并且雜合突變型豬體重更大[75]。Stinckens等[76]將肌肉發(fā)達(dá)的皮特蘭豬的MSTN序列與其他5個(gè)品種(皮特蘭豬、長(zhǎng)白豬、大白豬、眉山豬和野豬)進(jìn)行比較后，共發(fā)現(xiàn)15個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，但這些MSTN基因中自然發(fā)生的突變與肌肉表型沒有顯著的相關(guān)性；然而Qian等[77]采用鋅指核酸酶技術(shù)和體細(xì)胞細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)制備了MSTN缺失型眉山豬，由此產(chǎn)生的后代表現(xiàn)出顯著的雙肌表型(尤其是在后軀)。缺失型MSTN豬的肌肉重增加了50%～100%，且證明是由于纖維增生導(dǎo)致肌肉增重。表5報(bào)告了在豬MSTN中檢測(cè)到的遺傳變異。

表5 豬MSTN基因突變

3.6 雞MSTN基因突變研究

在雞中，MSTN基因與哺乳動(dòng)物相似，由3個(gè)外顯子(分別為373，374，1 567 bp)和2個(gè)內(nèi)含子組成。Gu等[79]的研究表明，雞MSTN基因不僅具有調(diào)節(jié)骨骼肌發(fā)育的作用，還參與脂肪代謝和分布，并在不同品系雞中確定了7個(gè)SNP：5個(gè)在5′調(diào)控區(qū)域(g.167G>A、g.177T>C、g.304G>A、g.322A>G和g.334C>T)，2個(gè)在3′調(diào)控區(qū)(g.7263A>T和g.6935A>G)。Ye等人[80]究發(fā)現(xiàn)了14個(gè)SNP：7個(gè)SNP(g.2100G>A、g.2109G>A、g.2244G>C、g.2283A>G、g.2346C>T、g.2373C>T和g.2416A>G)位于外顯子1，1個(gè)SNP(g.4842T>G)位于外顯子2，3個(gè)SNP(g.7434C>G、g.7435A>G和g.7436C>A)位于外顯子3，3個(gè)SNP(g.4405G>C、g.4405A>T和g.4954A>G)位于內(nèi)含子1或2，同時(shí)研究了MSTN多態(tài)性與3種商品肉用雞品系的死亡率、生長(zhǎng)速率、飼料轉(zhuǎn)化率、超聲乳腺深度、乳腺百分率、內(nèi)臟重量、腿部缺陷、血氧水平的相關(guān)性影響。由于MSTN的主要功能是調(diào)節(jié)骨骼肌生長(zhǎng)，Ye等[80]認(rèn)為1個(gè)非同義SNP(g.4842T>G)通過導(dǎo)致MSTN的一個(gè)氨基酸的變化，可能與體重的變化有關(guān)。文獻(xiàn)報(bào)道4個(gè)中國(guó)雞品種MSTN基因存在SNP多態(tài)，且可能影響腹部脂肪重量、乳房肌肉重量、出生體重和成年體重[81]。Gu等[82]在MSTN基因的5′調(diào)控區(qū)鑒定了3個(gè)SNP，在3′調(diào)控區(qū)鑒定了2個(gè)SNP，且在5′調(diào)控區(qū)域的1個(gè)位點(diǎn)上，純合子基因型腹部脂肪重量和脂肪百分比均高于雜合基因型[82]。

對(duì)鴨子MSTN的5′調(diào)控區(qū)域進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)3個(gè)SNP多態(tài)性(g.753G>A，g.658G>T和g.235G>C)與乳房肌肉百分比和腹部脂肪率相關(guān)[83]，此外，Xu等[84]研究了北京鴨MSTN的多態(tài)性，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)顯著的突變，第1個(gè)是位于開放閱讀框內(nèi)的c.129T>C突變，與乳房肌肉厚度相關(guān)，第3個(gè)SNP(c.952T A)突變與腹部脂肪率相關(guān)[85]；在三穗鴨中，發(fā)現(xiàn)4個(gè)突變可能與腿部肌肉重量、腿部肌肉百分比和屠宰率有關(guān)[86]。表6為雞MSTN基因的多態(tài)性。

3.7 家兔MSTN基因突變研究

Fontanesi等[91]研究了MSTN多態(tài)性對(duì)家兔生產(chǎn)性狀影響。通過對(duì)14個(gè)不同的體型和肌肉重的兔子代表品種或品系進(jìn)行測(cè)序后，在比利時(shí)兔、Burgundy fawn、巨型格仔兔和大灰兔中確定了4個(gè)SNP多態(tài)：位于外顯子1的罕見的SNP同義突變(c.108C>T)、位于外顯子2的SNP同義突變(c.713T>A)、位于3′-UTR的SNP突變(c.*194A>G)和位于內(nèi)含子2的SNP突變(c.747+34C>T)。在商品雜交兔中，Qiao等人[92]在5′調(diào)控區(qū)檢測(cè)到1個(gè)SNP突變(g.476T>C)，但在外顯子中未檢測(cè)到突變位點(diǎn)，相關(guān)分析顯示，SNP多態(tài)與肝臟和胴體量增加有關(guān)。這些結(jié)果表明，MSTN上游調(diào)控區(qū)域的SNPs對(duì)家兔體細(xì)胞發(fā)育有利，可作為家兔肉質(zhì)選擇的分子標(biāo)記。Sternstein等人[93]在大灰兔和新西蘭兔MSTN基因中發(fā)現(xiàn)了多態(tài)性，對(duì)這些品種進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)2個(gè)SNP分別位于調(diào)控區(qū)(c.-125T>C)和內(nèi)含子1(c.373+234T>C)。表7為家兔MSTN基因的多態(tài)性。

表6 雞MSTN基因突變

表7 家兔MSTN基因突變

4 MSTN基因及其研究前景

MSTN基因變異是肌肉肥大的主要原因，而其它基因變異所起的作用較小[94]。許多研究，尤其是在小鼠上，報(bào)道了抑制MSTN表達(dá)可促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)，在缺失突變體中，一些肌肉大約是正常體重的3倍，因此，使MSTN失活的手段被認(rèn)為是一種改善食用動(dòng)物肌肉生長(zhǎng)和治療與肌肉無力和營(yíng)養(yǎng)不良相關(guān)的人類疾病的策略[95]，故研究和確定MSTN基因不同突變的分子基礎(chǔ)是重要且必要的。

2018年12月國(guó)際知名期刊《Animal Genetics》發(fā)表的一篇文章指出：損害MSTN功能的突變會(huì)導(dǎo)致家畜肌肉纖維增生，然而，小鼠和大型動(dòng)物(牛和豬)之間的明確差異之一是出生后的表型[96]。小鼠顯示出相當(dāng)大的纖維肥大，而牛和豬的纖維大小沒有增加。這些發(fā)現(xiàn)可作為今后在大型動(dòng)物身上進(jìn)行雙肌現(xiàn)象研究的基準(zhǔn)。因此，使用正確的術(shù)語來描述動(dòng)物的表型是非常重要的。雙肌動(dòng)物通常被稱為肌肉“肥大”，但在牛和豬的情況下，沒有出現(xiàn)纖維肥大，所以筆者建議在建立機(jī)制時(shí)使用正確的術(shù)語描述。Aiello等[96]建議使用以下4個(gè)術(shù)語：(i)肌肉增生導(dǎo)致的肌肉增大；(ii)肌肉肥大導(dǎo)致的肌肉增大；(iii)肌肉增生和肥大導(dǎo)致的肌肉增大；(iv)未知細(xì)胞機(jī)制導(dǎo)致的肌肉增大。今后研究中需要了解MSTN在哺乳動(dòng)物產(chǎn)后肌肉發(fā)育中的作用機(jī)制。小動(dòng)物和大動(dòng)物的功能缺失突變都會(huì)導(dǎo)致增生，然而，只有在小鼠中，MSTN突變才會(huì)對(duì)肌肉纖維的大小產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為肥大，但為什么在沒有MSTN的情況下，老鼠的纖維會(huì)肥大，而大型哺乳動(dòng)物的纖維卻不會(huì)。解決這一問題的線索可能來自于最近在猴子身上的研究，研究表明，MSTN和激活素協(xié)同作用，抑制成年期猴子的纖維肥大[97]。筆者建議可以通過量化大型和小型動(dòng)物在不同發(fā)育階段的MSTN和激活素水平來驗(yàn)證，這是繼針對(duì)MSTN和激活素的特異性ELISAs開發(fā)之后，現(xiàn)在可能的一種方法[97]。

最后，MSTN是旨在提高家畜肉類生產(chǎn)的主要目標(biāo)[23]，包括產(chǎn)生MSTN敲除動(dòng)物。此外，還需要考慮更精細(xì)的轉(zhuǎn)基因方法，例如針對(duì)產(chǎn)后或性別特異性抑制MSTN。Wang等[98]報(bào)道了CRISPR/Cas9系統(tǒng)在山羊胚胎中通過靶向MSTN的Cas9 mRNA和sgRNA微注射成功構(gòu)建山羊基因組，他們通過干擾MSTN證明了這種方法的有效性，從而在Cas9介導(dǎo)的基因修飾山羊中提高了體重和更大的肌纖維尺寸；最近研究發(fā)現(xiàn)，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)可成功獲得牛MSTN基因編輯胚胎[99]，利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)定點(diǎn)突變可獲得MSTN基因突變豬[100]。

5 結(jié) 論

簡(jiǎn)言之，損害MSTN功能的突變會(huì)導(dǎo)致多余的肌肉纖維增生，在商用動(dòng)物中存在大量的MSTN基因變異，其多態(tài)性在動(dòng)物育種領(lǐng)域具有重要意義，可用于育種選擇進(jìn)而提高家畜肉品生產(chǎn)。