奶牛mhc基因多態(tài)性及其與經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)系

奶牛mhc基因多態(tài)性及其與經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)系

mhs，即主要組織的適應(yīng)性化合物，是由高度多態(tài)性基質(zhì)所組成的遺傳區(qū)域。由于它在動(dòng)物身體的循環(huán)系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要的作用，它與動(dòng)物疾病的抗性和易感性密切相關(guān)，因此也成為疾病抗性和易感性的候選人。所以,MHC多態(tài)性及其與一些經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)系也就成了動(dòng)物育種領(lǐng)域的前沿部分。本文介紹奶牛MHC基因的多態(tài)性及其與經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)系,以推動(dòng)我國奶牛高效育種工作。1牛的mhs結(jié)構(gòu)和多樣性1.1類基因的組成奶牛MHC又稱為牛白細(xì)胞抗原(bovinelymphocyteantigen,BoLA),其位于牛的23號(hào)染色體上。根據(jù)基因產(chǎn)物的功能和結(jié)構(gòu)的不同,將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類基因,由于Ⅲ類基因不參與抗原的遞呈,因而很少有人對(duì)其進(jìn)行研究。習(xí)慣上又將Ⅰ、Ⅱ類基因稱為A區(qū)和D區(qū)基因。通過前人的苦心研究,迄今為止,BoLA的結(jié)構(gòu)已基本研究清楚,它與人白細(xì)胞抗原(humanlymphocyteantigen,HLA)很類似,惟一不同的是不含有HLA-DP亞區(qū)。(1)Ⅰ類基因由于Ⅰ類抗原分子中的β鏈(β2微球蛋白)不由MHC區(qū)域的基因所編碼,因此Ⅰ類區(qū)只含有一個(gè)編碼α鏈的基因座BoLA-A。(2)Ⅱ類基因利用人類HLAcDNA探針的Southern雜交分析表明:Ⅱ類基因由編碼Ⅱ類抗原分子α鏈的基因DA和編碼β鏈的DB基因組成。DA基因(包括DRA、DQA、DNA、DMA、DYA等)含有5個(gè)外顯子,其分別編碼信號(hào)肽、α1功能區(qū)、α2功能區(qū)、轉(zhuǎn)膜區(qū)(TM)和胞質(zhì)區(qū)(CY)、3′非翻譯區(qū)(3′UT);DB基因(包括:DRB、DQB、DMB、DIB等)則含有6個(gè)外顯子,其分別編碼信號(hào)肽、β1功能區(qū)、轉(zhuǎn)膜區(qū)、胞質(zhì)區(qū)、3′非翻譯區(qū)。Ⅱ類基因被劃分為Ⅱa類、Ⅱb類兩個(gè)明顯的亞區(qū),前者含有DR和DQ基因,與Ⅰ類基因緊密連鎖;后者含有DYA、DYB、DOB、DNA、DIB、DMA、TAP1(轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因)、LMP2(蛋白酶體相關(guān)基因)以及LMP7,兩個(gè)亞區(qū)之間的重組距離為17cM。DR基因含有DRA、DRB1、DRB2和DRB3等4個(gè)基因座,Northern雜交表明:DRA為高度表達(dá)的基因座,DRB1是一個(gè)不表達(dá)的假基因,DRB2的表達(dá)量非常低或根本不表達(dá),DRB3是唯一可高度表達(dá)的基因座,DRA和DRB3分別負(fù)責(zé)編碼α鏈和β鏈,組成Ⅱ類抗原分子功能最重要的部分。DQ基因至少含有DQA1、DQA2、DQB1和DQB2等4個(gè)基因座,均可高度表達(dá)。DQ基因?yàn)榭蓮?fù)制基因,不同單倍體所含的DQ基因的數(shù)目不同,但其形成機(jī)制和意義尚不清楚。1996年,國際BoLA命名委員會(huì)將其命名標(biāo)準(zhǔn)化為:區(qū)—亞區(qū)—位點(diǎn)·外顯子*等位基因,如DRB3·2*1A,指Ⅱ類區(qū)DRB3基因的外顯子2的第1A個(gè)等位基因。1.2牛mhs的多態(tài)性特征1.2.1瑞典牛奶dqa等位基因的擴(kuò)增和克隆Andersson利用人類HLAclassⅡ基因的Southern雜交和RFLP分析證明了BoLA-DRA、DOB、DYA、DYB等基因座及其多態(tài)性的存在,并發(fā)現(xiàn)不同單倍型的DQA和DQB基因的個(gè)數(shù)不同,之后又證明它們是DQA和DQB復(fù)制的結(jié)果。Sigurdardottir等最早報(bào)道了21種DQ單倍型以及20個(gè)DQA等位基因、17個(gè)DQB等位基因、5個(gè)DRA等位基因和25個(gè)DRB等位基因。他們后來又使用PCR對(duì)瑞典奶牛14個(gè)DRB3等位基因進(jìn)行了克隆和序列分析。Sitte等在荷斯坦牛、娟姍牛和海福特牛中發(fā)現(xiàn)BoLA-DRB3存在廣泛的序列多態(tài)性,并發(fā)現(xiàn)4個(gè)新的等位基因。Gelhaus等在多個(gè)牛品種的34個(gè)個(gè)體中檢測(cè)到14個(gè)新的BoLA-DRB3等位基因。Giovambattista等在阿根廷克里奧爾牛的7個(gè)群體中研究了BoLA-DRB3.2的基因頻率和基因型頻率,在該品種中檢測(cè)到21個(gè)等位基因。Sitte等通過序列特異性寡核苷酸分型技術(shù)來檢測(cè)BoLA-DRB3的缺失。Aldridge等使用變性梯度凝膠電泳和直接測(cè)序?qū)oLA-DRB3進(jìn)行了分型。到目前為止,已有37個(gè)BoLA-A等位基因;1個(gè)DRA等位基因,2個(gè)DRB1等位基因,1個(gè)DRB2等位基因,63個(gè)DRB3等位基因,39個(gè)DQA等位基因,37個(gè)DQB等位基因;1個(gè)DIB等位基因,1個(gè)DMA等位基因,1個(gè)DMB等位基因和3個(gè)DYA等位基因已經(jīng)經(jīng)國際BoLA命名委員會(huì)統(tǒng)一命名。1.2.2drb3基因座的外顯子2BoLA的多態(tài)性主要集中在編碼抗原的功能性限制性因素及其外顯子上。由于MHC抗原分子的第一個(gè)結(jié)構(gòu)域(α1功能區(qū)和β1功能區(qū))組成其抗原結(jié)合區(qū)(antigenbindingregion,ABR),其中β1功能區(qū)比α1功能區(qū)有著更重要的作用,另外在動(dòng)物機(jī)體的免疫系統(tǒng)中Ⅱ類抗原的抗原遞呈作用占有最重要的地位,同時(shí)DR亞區(qū)的基因產(chǎn)物為β1功能區(qū)的限制性因素,因此惟一高度表達(dá)的DRB3基因座的外顯子2(DRB3.2)是BoLA中功能最重要的區(qū)域,其多態(tài)性最豐富,DQ基因次之,使得其成為MHC研究的熱點(diǎn),同時(shí)也是研究最深入、進(jìn)展最快的領(lǐng)域。有人最早對(duì)BoLA進(jìn)行了克隆和測(cè)序研究并得到了DRB3的外顯子2的陽性克隆。在此基礎(chǔ)上,Sigurdardottir等對(duì)14個(gè)DRB3.2等位基因進(jìn)行了氨基酸測(cè)序,結(jié)果表明:21個(gè)多態(tài)氨基酸殘基中的13個(gè)殘基位于ABR區(qū);而ABR只有3個(gè)氨基酸殘基為單態(tài);非ABR區(qū)的8個(gè)多態(tài)氨基酸殘基(第12、26、31、32、47、60、77和85位)在人類HLA和小鼠H-2系統(tǒng)的相應(yīng)位置也表現(xiàn)為多態(tài),其可能通過與外來抗原互作,或者影響ABR的空間結(jié)構(gòu),或影響T細(xì)胞受體的識(shí)別等方式而影響抗原遞呈過程的識(shí)別與被識(shí)別的特異性。BoLA、人類HLA的外顯子2編碼的氨基酸序列比較表明兩個(gè)物種的多態(tài)殘基的位置非常相似,在第9~91位的83個(gè)氨基酸殘基中有44個(gè)殘基在人類和牛中均為多態(tài),非多態(tài)氨基酸的同源性為95%,而且在兩個(gè)物種中均為多態(tài)的殘基的多態(tài)程度顯著高于僅在一個(gè)物種中為多態(tài)的殘基,在小鼠的Eb基因中也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象;另外牛、人類、小鼠和大鼠DRB3.2基因編碼的氨基酸序列均在第65位存在一個(gè)氨基酸缺失。1.2.3單倍型dma血型因子M′為一種紅細(xì)胞抗原,Hines等報(bào)道血型因子M′與BoLA-Aw16緊密連鎖。Andersson等報(bào)道血型因子M′與DQA′B′單倍型呈高度連鎖不平衡。Sigurdardottir等報(bào)道血型因子M′與DQ1B-DRA4-DRB1B單倍型緊密連鎖。在人類HLA中也有類似發(fā)現(xiàn)。目前普遍認(rèn)為血型因子M′可能與BoLA-Aw16呈緊密連鎖狀態(tài),與DQ-DR單倍型的連鎖是因?yàn)楹笳吲cBoLA-Aw16連鎖所致;或者更可能血型因子M′本身就是一種Ⅰ類抗原,其為BoLA-Aw16的殘留部分,在其后合成過程中遺留在紅細(xì)胞上,但血型因子M′與MHC之間的確切關(guān)系尚不清楚。1.3單倍型在d區(qū)、細(xì)胞系統(tǒng)中的表達(dá)位于不同基因座上的等位基因之間存在高度連鎖不平衡是BoLA的另一個(gè)重要特點(diǎn),實(shí)際觀察到的某幾個(gè)基因出現(xiàn)在同一條單倍型上的頻率與預(yù)期值有差異。大量研究表明DRA與DQB之間、DQA與DQB之間、DR與DQ之間、以及D區(qū)與A區(qū)之間都存在著高度連鎖不平衡。目前已經(jīng)命名的1個(gè)DRA等位基因、2個(gè)DRB1等位基因、1個(gè)DRB2等位基因、63個(gè)DRB3等位基因、39個(gè)DQA等位基因和37個(gè)DQB等位基因在理論上可以組成181818種單倍型,但是目前僅僅檢測(cè)到48種DR-DQ單倍型,這意味著DR與DQ兩個(gè)亞區(qū)之間的重組率極低。事實(shí)上在48種單倍型中僅發(fā)現(xiàn)一對(duì)重組單倍型。人類HLA和小鼠H-2系統(tǒng)的D區(qū)也存在著高度連鎖不平衡。Vage等報(bào)道BoLA-DQ單倍型1A和BoLA-A抗原A11之間存在高度連鎖不平衡,并提出單倍型A11-DQ1A是一個(gè)有趣的研究熱點(diǎn)。2牛mhs與經(jīng)濟(jì)特性的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)2.1聚乳酸三因素和乳脂率研究MHC與生產(chǎn)性狀的關(guān)系是分子育種學(xué)中的一個(gè)熱點(diǎn)。Hines等研究了246頭用于人工授精的美國荷斯坦公牛的BoLA與產(chǎn)奶性狀的傳遞力之間的關(guān)系。結(jié)果表明:BoLA-W10組的平均乳脂率顯著高于W11、W20、W6和W8組(P<0.05),而產(chǎn)奶量與乳脂量在它們之間沒有顯著的相關(guān)性。Batra等也報(bào)道BoLA-W10與乳蛋白和乳脂率有關(guān)(P<0.05)。Zanotti報(bào)道,W10、W11、W18對(duì)產(chǎn)奶量為負(fù)的影響,W13對(duì)產(chǎn)奶量、乳脂量均無影響,而W7是較高的影響,但表現(xiàn)不明顯。W6及W10對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)量呈負(fù)值影響,而W8為0,W7為正值影響。W11對(duì)乳脂產(chǎn)量為負(fù)值影響,W13為0,W7及W16為正值影響。Simpson等研究了冰島奶牛BoLA與產(chǎn)奶量的關(guān)系,結(jié)果表明等位基因W6與產(chǎn)奶量、乳脂量、蛋白量的下降有關(guān),而與乳房炎的升高有關(guān)。Weigel等對(duì)荷斯坦奶牛BoLAI類抗原進(jìn)行了研究,表明等位基因W14與產(chǎn)奶量升高、脂肪升高有關(guān)。W11與廢棄奶量下降、脂肪產(chǎn)量下降、脂肪百分率下降有關(guān)。W31(W30)與脂肪百分率下降有關(guān)。Arriens等報(bào)道瑞士褐牛、西門塔爾牛和荷斯坦牛的BoLA-I類抗原與乳脂率顯著相關(guān)。在這之后,Sharif等又研究了BoLA-DRB3等位基因與生產(chǎn)性狀(包括305天的產(chǎn)奶量、乳脂量、乳蛋白量)的關(guān)系,結(jié)果表明:BoLA-DRB3*8和305天的產(chǎn)奶量、乳脂量和乳蛋白量顯著相關(guān),BoLA-DRB3*22與產(chǎn)奶量和乳蛋白量的減少有關(guān)。2.2bola-a與乳房炎的關(guān)系乳房炎可以說是奶牛業(yè)的最大敵人。經(jīng)過科學(xué)家多年的努力,再加上受到HLA與某些疾病相關(guān)的啟發(fā),家畜MHC與疾病的關(guān)系成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。Solbu等發(fā)現(xiàn)BoLA-A等位基因W16和較高的乳房炎易感性有關(guān),等位基因W2和乳房炎抗性相關(guān)。Oddgeirsson等在冰島奶牛群中研究了BoLA和乳房炎易感性的關(guān)系,報(bào)道BoLA-I類基因與乳房炎有關(guān),發(fā)現(xiàn)了抗原ED116和增加乳房炎易感性有顯著的關(guān)系(P<0.05)。BoLAW6和W6.1與高體細(xì)胞數(shù)相關(guān),W1、W2、W6、W6.1、W6.2和W11雖然沒有表現(xiàn)出顯著性相關(guān),但它們都與增加乳房炎易感性有關(guān),而W8、W13和W20與增加乳房炎抗性有關(guān)。Spooner等研究了BoLA與乳房炎的關(guān)系,結(jié)果表明BoLA-AW2和乳房炎抗性顯著相關(guān),W16和乳房炎易感性顯著相關(guān),W11和乳房炎易感性相關(guān),但不顯著。Lunden等首先開始研究BoLA-Ⅱ類基因與疾病的關(guān)系,他們著重研究了BoLA-Ⅱ類DQ和DYA基因與瑞典紅白花奶牛乳房炎的關(guān)系,結(jié)果表明:單倍型DQ1A與臨床乳房炎易感性顯著相關(guān),其他的DQ單倍型和DYA基因座對(duì)所研究的疾病性狀都沒有顯著影響。Solbu等發(fā)現(xiàn)BoLA-A等位基因A11和較高的乳房炎易感性有關(guān)。Weigel等研究了荷斯坦母牛BoLA-A等位基因和乳房健康的關(guān)系,報(bào)道等位基因W14與下降的乳房炎發(fā)生率有顯著的關(guān)系;等位基因W11與下降的臨床乳房炎有一定的相關(guān)性。這些關(guān)系表明BoLA-A的等位基因可以充當(dāng)健康性狀的標(biāo)記。因此,使用BoLAⅠ類基因,通過標(biāo)記輔助選擇和遺傳操縱技術(shù)對(duì)奶?？共⌒缘母牧紳摿κ谴嬖诘摹age等對(duì)挪威母牛BoLA-A與乳房炎之間的關(guān)系進(jìn)行了研究,結(jié)果表明BoLA-A基因頻率在患乳房炎的母牛和沒有乳房炎的母牛之間沒有顯著差異。Mejdell等研究了BoLA-A與挪威公牛乳房炎之間的相關(guān),發(fā)現(xiàn)BoLA-A等位基因A2與乳房炎相對(duì)抗性顯著相關(guān)(P<0.02),等位基因A7(W50)與乳房炎相對(duì)易感性顯著相關(guān)(P=0.03)。Aarestrup等研究了333頭丹麥母牛BoLAⅠ型單倍型與亞臨床乳房炎之間的關(guān)系,結(jié)果表明A11和A12(A30)等位基因和減少體細(xì)胞數(shù)(somaticcellcount,SCC)相關(guān),A21和A26等位基因和增加SCC相關(guān)。Dietz等采用PCR-RFLP對(duì)1100頭美國荷斯坦泌乳母牛的BoLA-DRB3.2基因座進(jìn)行了基因型分析,表明DRB3.2*16等位基因與高SCC相關(guān)(P<0.05),DRB3.2*8等位基因與324頭第一泌乳期母牛的高SCC相關(guān)(P<0.04),DRB3.2*16等位基因與236頭第二泌乳期母牛的高SCC相關(guān)(P<0.003),DRB3.2*22等位基因與236頭第二泌乳期母牛的低SCC相關(guān)(P<0.04),DRB3.2*23等位基因與第三泌乳期母牛高SCC相關(guān)(P<0.02)。Starkenburg等發(fā)現(xiàn)DRB3.2*16等位基因與第二泌乳期母牛較低體細(xì)胞評(píng)分(somaticcellscore,SCS)相關(guān)。Sharif等研究