周 臣，胡 群，賀艷娟，顧 婷，鄭恩琴，劉德武，吳珍芳，洪林君，蔡更元

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，國(guó)家生豬種業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣東廣州 510642）

數(shù)量性狀基因座（Quantitative Trait Loci，QTL）概念最早由Geldermann[1]于1975 年提出，即控制數(shù)量性狀的基因座位，QTL 是指對(duì)復(fù)雜數(shù)量性狀有較大影響的單一基因或緊密連鎖的基因簇在基因組中的位置。傳統(tǒng)數(shù)量遺傳學(xué)理論是基于孟德?tīng)栠z傳定律在宏觀(guān)上以種群表型性狀程度差異來(lái)推測(cè)其可能的多基因效應(yīng)，即2 個(gè)或更多基因的產(chǎn)物及其環(huán)境。近十幾年來(lái)隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用，通過(guò)鑒定的分子標(biāo)記（如SNP 或AFLP）與觀(guān)察到的性狀相關(guān)來(lái)映射QTL 成為主要的研究方式。在豬的育種工作中，最初經(jīng)濟(jì)選育的需求主要體現(xiàn)在生產(chǎn)力上，1994 年Andersson 等[2]首次對(duì)豬的生長(zhǎng)和肥胖的QTL 進(jìn)行了定位，揭開(kāi)了在豬分子育種上的序幕。之后許多科學(xué)家投身于豬分子遺傳育種工作，大量QTL 逐漸被發(fā)現(xiàn)和定位?；谶@些QTL 的定位和豬全基因組測(cè)序，豬的基因遺傳圖譜逐漸成形。目前的研究一方面完善該圖譜，另一方面在豬育種上利用已定位QTL 有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義，且在該基因圖譜基礎(chǔ)上開(kāi)辟新的可行育種途徑。

1 QTL 定位方法

QTL 定位就是利用標(biāo)記輔助選擇（MAS）或標(biāo)記輔助導(dǎo)入等數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分析整個(gè)基因組DNA 分子標(biāo)記和數(shù)量遺傳性狀表型值的關(guān)系。檢測(cè)QTL 的存在并將其定位在遺傳圖譜上，確定遺傳標(biāo)記與QTL 間的遺傳距離（以重組率表示），并估測(cè)QTL 的遺傳效應(yīng)。根據(jù)標(biāo)記數(shù)目的不同可分為單標(biāo)記、雙標(biāo)記和多標(biāo)記幾種方法。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法的不同可分為方差與均值分析法、最小二乘多元回歸分析法、矩估計(jì)及最大似然法等。根據(jù)標(biāo)記區(qū)間數(shù)可分為零區(qū)間作圖、單區(qū)間作圖和多區(qū)間作圖。此外，還有將不同方法結(jié)合起來(lái)的綜合分析方法，如QTL 復(fù)合區(qū)間作圖（CIM）、多區(qū)間作圖（MIM）、多QTL 作圖、多性狀作圖（MTM）等。下面以候選基因法（Candidate Gene Approach）、標(biāo)記-QTL連鎖分析（Mark-QTL Linkage Analysis）、比較基因組學(xué)(Comparative Genomics) 和SNP 芯片遺傳標(biāo)記4 種定位檢測(cè)方法進(jìn)行比較分析。

1.1 候選基因法 候選基因法的原理是根據(jù)已有的生理生化背景知識(shí)來(lái)假設(shè)所標(biāo)記的基因或驗(yàn)證其是影響某經(jīng)濟(jì)性狀的主基因。該方法是直接從已知或潛在的基因系統(tǒng)中挑選出可能對(duì)該性狀有影響的候選基因，然后采用分子生物學(xué)、全基因組關(guān)聯(lián)分析等技術(shù)檢測(cè)其候選基因的多態(tài)性?；静襟E：首先選擇合適的標(biāo)記性狀及種質(zhì)群體，然后進(jìn)行系間雜交獲得F2代，再檢測(cè)各世代的數(shù)量性狀及其相關(guān)染色體上的基因型，最后通過(guò)遺傳標(biāo)記與數(shù)量性狀之間是否存在連鎖關(guān)系，并利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法確定其效應(yīng)大小[3]。

1.2 標(biāo)記-QTL 連鎖分析 標(biāo)記-QTL 連鎖分析也稱(chēng)為基因組掃描法（Genomic Scanning Approach），即利用微衛(wèi)星標(biāo)記進(jìn)行連鎖分析，其分為單標(biāo)記分析和群體標(biāo)記。前者使用標(biāo)記平均值不能獲得QTL 效應(yīng)的單獨(dú)估計(jì)值和QTL 與標(biāo)記的重組頻率，因此不能區(qū)分標(biāo)記連鎖是QTL 大效應(yīng)松散還是小效應(yīng)緊密。后者是在整個(gè)基因組內(nèi)進(jìn)行，首先根據(jù)側(cè)翼標(biāo)記信息對(duì)某一個(gè)區(qū)間內(nèi)的QTL 基因型的條件概率進(jìn)行計(jì)算，然后將連續(xù)若干區(qū)間使用最小二乘法或最大釋然法進(jìn)行分析，計(jì)算每個(gè)區(qū)間的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，根據(jù)最大檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量存在的區(qū)間即為QTL 可能存在的位置。

1.3 比較基因組學(xué) 比較基因組學(xué)是基于基因組圖譜和測(cè)序基礎(chǔ)，對(duì)已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，來(lái)了解基因的功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。比較基因組學(xué)分為種內(nèi)比較和種間比較。在豬的性狀定位研究上，則利用種間比較即印記QTL 法，該方法利用模式動(dòng)物（如小鼠、猴等）的基因組與豬基因組之間編碼順序和結(jié)構(gòu)上的同源性并結(jié)合其他輔助標(biāo)記來(lái)定位其相關(guān)性狀與基因位點(diǎn)的連鎖關(guān)系及效應(yīng)大小[4]。

1.4 SNP 芯片遺傳標(biāo)記 單核苷酸多態(tài)性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）主要是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA 序列多態(tài)性。在基因組上單個(gè)核苷酸的變異包括置換、顛換、缺失和插入。從1996 年美國(guó)學(xué)者Lander 提出的第3 代DNA 遺傳標(biāo)記開(kāi)始，SNP 研究越來(lái)越迅速，已經(jīng)成為畜禽育種中重要的研究工具。由于多數(shù)方法只能將QTL 定位到一個(gè)區(qū)間而非具體位置，且具有較高的假陽(yáng)性。為此，提出利用全基因組上的SNP 標(biāo)記，通過(guò)emBayesB 方法和性狀-標(biāo)記回歸區(qū)間分析相結(jié)合的組合方法進(jìn)行QTL 定位研究。組合方法能夠篩選出與QTL 存在較強(qiáng)關(guān)聯(lián)的SNP 標(biāo)記，具有較高的計(jì)算速度和計(jì)算效率；通過(guò)性狀-標(biāo)記區(qū)間檢測(cè)，能夠較為精確地計(jì)算出QTL 的位置[5]。

2 豬遺傳圖譜分析

豬的QTL 研究涵蓋眾多具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的數(shù)量性狀，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了27963 個(gè)QTL（表1、2），包括滴水損失、背膘面積、眼肌面積、胴體長(zhǎng)、平均日增重、瘦肉率、乳頭數(shù)、第10 根肋骨處背膘厚、腿臀重、最后肋骨處背膘厚、屠宰后pH24h、肌內(nèi)脂肪含量、背最長(zhǎng)肌pH、黑瘤易感性、肉色-L、屠宰率、應(yīng)激能力、肩部皮下脂肪厚度、屠宰重、出生重等（圖1）；每年發(fā)現(xiàn)的QTL 數(shù)量不斷增加；相關(guān)QTL 的文章數(shù)量也不斷增長(zhǎng)（圖2）；近年來(lái)越來(lái)越多QTL 已運(yùn)用到動(dòng)物生產(chǎn)中，產(chǎn)生了巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3 豬QTL 定位應(yīng)用

迄今為止已鑒定出眾多影響家畜數(shù)量性狀的基因，其育種和生產(chǎn)具有極大的應(yīng)用價(jià)值，且許多基因已投入應(yīng)用，包括雌激素受體基因、肥胖相關(guān)基因、生長(zhǎng)激素基因、自然抗病力有關(guān)的大噬菌體蛋白 1 基因等，由于QTL 數(shù)量眾多，對(duì)生豬的經(jīng)濟(jì)性狀按其功能大致可分為繁殖性狀、生長(zhǎng)性狀、肉質(zhì)性狀、抗病性狀等4 類(lèi)，以下分別介紹影響這4 類(lèi)數(shù)量性狀的主效/候選基因。

表1 豬已檢測(cè)QTL 在染色體上分布情況

表2 按豬表現(xiàn)性狀分類(lèi)的QTL 數(shù)量

圖1 豬檢測(cè)到QTL 最多的前15 個(gè)性狀排名

圖2 1994—2018 年豬QTL 研究文章和QTL 數(shù)量

3.1 繁殖性狀 豬的繁殖過(guò)程包括卵子和精子的發(fā)育以及受精卵在母體子宮發(fā)育，激素在該過(guò)程中起到重要的調(diào)控作用。影響豬繁殖性狀的因素有很多，包括產(chǎn)仔數(shù)、黃體數(shù)、子宮長(zhǎng)度等。在產(chǎn)仔數(shù)方面，Rothschild 等[6]把該主效基因-雌激素受體（ESR）定位于1p2.4～2.5，通過(guò)候選基因法對(duì)中國(guó)梅山豬雜交顯示，含有50%梅山背景的合成系的母豬得益于該純合等位基因，比來(lái)自同一合成系的母豬在第1 胎次中多產(chǎn)2.3 頭；Jiang 等[7]研究表明，GnRH基因、LHR基因在對(duì)黃體生成數(shù)方面有重要作用；Sato 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，豬FSHR基因與卵泡產(chǎn)生及其數(shù)量有重要聯(lián)系，從而影響繁殖性能。影響繁殖性狀方面的QTL 基因目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2 129 種（表2），除上述對(duì)繁殖有重要影響的基因之外，其他部分相關(guān)影響基因見(jiàn)表3。

表3 影響豬繁殖性狀的部分主效基因或候選基因

3.2 肉質(zhì)性狀 影響豬肉品質(zhì)的因素很多，包括營(yíng)養(yǎng)、遺傳、環(huán)境等。在遺傳方面，其肉質(zhì)性狀存在如酸肉基因、氟烷基因之類(lèi)的主效基因，但肉質(zhì)性狀大多是多基因控制的數(shù)量性狀。隨著人們生活水平的提高，對(duì)豬肉品質(zhì)要求也越來(lái)越高，如何提高瘦肉率并在此基礎(chǔ)上提高肌內(nèi)脂肪含量、不飽和脂肪酸水平等指標(biāo)顯得尤為重要。Kim 等[20]研究顯示，存在于豬6 號(hào)染色體上的LEPR基因?qū)θ庵心懝檀妓健⒍枷┧岷?、亞油酸含量、胴體脂肪面積百分比等有影響；瘦素基因在動(dòng)物生長(zhǎng)、肥胖和身體組成中起著基礎(chǔ)性的作用；Pérez-Montarelo 等[21]在研究伊比利亞×長(zhǎng)白豬實(shí)驗(yàn)雜交豬LEP基因序列，以鑒定與生產(chǎn)力和品質(zhì)性狀相關(guān)的基因多態(tài)性結(jié)果顯示，在伊比利亞豬中固定的LEP g.1387C＞T 和LEPR c.1987C＞T 的T 等位基因?qū)?dǎo)致脂肪生長(zhǎng)、脂肪含量和飽和脂肪酸含量增加，同時(shí)這可以通過(guò)增加采食量來(lái)解釋其影響。常見(jiàn)的豬肉品質(zhì)還包括色澤、酸肉（AP）、質(zhì)地以及滴水損失等，而這些都與氟烷基因和酸肉基因的表達(dá)有關(guān)；Salas 等[22]研究表明，PSE肉與隱性氟烷（Hal）等位基因Haln的表達(dá)有關(guān)。隱性Hal 豬的肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)含有缺陷的Ca2+釋放通道（CRC）或Ryanodine 受體（RYR1），其允許Ca2+在應(yīng)激反應(yīng)中不受控制地釋放。屠宰前應(yīng)激引起的乳酸代謝異常導(dǎo)致死后肌肉pH 突然下降，產(chǎn)生PSE 豬肉。相反，AP 是由Rendement Napole基因的顯性RN等位基因引起的。RN-豬具有高糖酵解潛力，由于死后過(guò)量的乳酸產(chǎn)生導(dǎo)致較低的pH。PSE 和AP 肌肉細(xì)胞的持水能力，容易導(dǎo)致過(guò)度的滴水損失進(jìn)而影響烹飪及肉制品的加工。與更準(zhǔn)確的基因標(biāo)記物測(cè)試相比，評(píng)估Hal和RN基因型的常規(guī)方法效果較差，通過(guò)針對(duì)Haln和RN等位基因的基因組選擇可以在更短的時(shí)間內(nèi)降低缺陷基因的頻率[22]。隨著更多QTL 的確定，育種工作者能夠更有效地選擇性狀，以提高養(yǎng)豬生產(chǎn)效率，提高豬肉品質(zhì)。影響肉質(zhì)的部分基因見(jiàn)表4。

3.3 生長(zhǎng)性狀 生長(zhǎng)性狀也稱(chēng)生長(zhǎng)胴體性狀，如何提高和改善生長(zhǎng)性狀是目前動(dòng)物育種工作者重要的研究熱點(diǎn)。提高動(dòng)物群體中生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)基因的頻率、降低劣勢(shì)基因是該育種選擇的主要方向。衡量生豬生長(zhǎng)性狀的指標(biāo)有平均日增重、出生重、背膘厚、肋骨形態(tài)、體寬等。Casas-Carrillo 等[34]的研究集中證明了IGF-1基因型與斷奶后平均日增重（ADG）存在連鎖（LOD=2.3）。Tu 等[35]測(cè)定了杜洛克豬MSTN 基因的435 G/447A 等位基因會(huì)增加杜洛克豬的ADG 和飼料效率（FE），并縮短體重達(dá)到110 kg 的日齡，該基因并可用于豬育種計(jì)劃中。同時(shí)，肥胖基因、類(lèi)胰島素生長(zhǎng)因子-Ⅰ基因、類(lèi)胰島素生長(zhǎng)因子-Ⅱ基因等均對(duì)出生日增重等生長(zhǎng)性狀產(chǎn)生影響，其他影響生長(zhǎng)性狀的部分基因見(jiàn)表5。

表4 影響豬肉質(zhì)性狀的部分主效基因或候選基因

表5 影響豬生長(zhǎng)性狀的部分主效基因或候選基因

3.4 抗病性狀 在生豬養(yǎng)殖過(guò)程中，面臨最大的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)就是疾病防控。疾病防控一方面可在飼養(yǎng)管理層面進(jìn)行，如環(huán)境管理、添加藥物預(yù)防；另一方面則可從提高動(dòng)物本身體質(zhì)來(lái)抵抗疾病的侵入，除了營(yíng)養(yǎng)搭配外，抗病基因的篩選和研究受到育種工作者重視。Sun 等[44]把天然抗性相關(guān)巨噬細(xì)胞蛋白1（NRAMP1）基因定位到豬15 號(hào)染色體上，研究表明NRAMP1是豬對(duì)沙門(mén)氏菌感染的潛在候選基因[44]。Sun 等[45]研究將豬TAP1基因定位于7 號(hào)染色體（SSC7），并與標(biāo)記SSC2B02（保留率=43%，LOD=15.18）緊密連鎖。半定量基因表達(dá)（RT-PCR）分析表明，TAP1在免疫組織及免疫相關(guān)組織中有選擇性表達(dá)[45]。除此，SLA基因、FUT1基因、ETEC的受體基因等都與豬的抗病性狀有關(guān)，部分抗病基因見(jiàn)表6。

表6 影響豬抗病性狀的部分主效基因或候選基因

4 展 望

近二十年來(lái)對(duì)豬的數(shù)量性狀的基因研究越來(lái)越深入、發(fā)現(xiàn)數(shù)量越來(lái)越多，除了進(jìn)行輔助標(biāo)記選擇育種之外，從基因組水平上利用基因編輯技術(shù)來(lái)修改數(shù)量性狀基因座以提高動(dòng)物的經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)始受到重視。但許多基因的影響不僅僅是體現(xiàn)在某一單一性狀上面，如定位于6 號(hào)染色上的豬骨骼肌蘭尼定受體基因，該基因在對(duì)肉質(zhì)（酸肉）、生長(zhǎng)胴體（背最長(zhǎng)肌pH、背膘厚、日增重）、抗病性（軟骨病）等性狀方面都有重要的影響；同時(shí)，某一性狀不是僅由一種基因決定，如數(shù)量性狀產(chǎn)仔數(shù)是由下丘腦-垂體-性腺軸上多個(gè)基因決定。所以某一性狀具有多個(gè)QTL 和多個(gè)候選基因，同一性狀的不同基因或QTL 間關(guān)系十分復(fù)雜，其關(guān)系也常存在協(xié)同或拮抗作用，因此進(jìn)行標(biāo)記輔助選擇的研究投入較大，且研究停留在對(duì)單個(gè)基因的針對(duì)性研究上；如果運(yùn)用基因編輯進(jìn)行動(dòng)物育種也可能面臨著基因改變導(dǎo)致非特異性狀改變的威脅。因此在豬的QTLs 基因定位數(shù)量越來(lái)越多時(shí)，其基因功能解析也顯得越發(fā)重要。