抗病育种相关基因的研究进展周国利1,2,曹阳3,金海国33　(1.聊城大学生命科学学院,山东聊城252059;2.东北农业大学动物科技学院,黑龙江哈尔滨150030;

3.吉林省农业科学院畜牧分院,吉林公主岭136100)

摘要　对肾小管发育不良、Chondrodysplastic矮小症、普鲁氏菌病和CARD15等一些与疾病相关基因的研究状况进行简单的回顾。关键词　牛;候选基因;抗病育种中图分类号　S332.2 文献标识码　A 文章编号　0517-6611(2008)27-11774-03

ResearchProgressonGeneRelatedtoResistancetoDiseasesinBreedingZHOUGuo2lietal　(CollegeoflifeScience,LiaochengUniversity,Liaocheng,Shandong252059)Abstract　GenesrelatedtoRenaltubulardysplasia,Chondrodysplasticdwarfism,brucellosisandCARD15werereviewedinbrief.Keywords　Cattle;Candidategene;Breedingfordiseaseresistance

基金项目　国家科技基础条件平台资助(2005DKA21101);山东省自然基金资助项目(Y2007D33)。作者简介　周国利(1975-),男,内蒙古赤峰人,在读博士,讲师,从事动物育种与分子数量遗传学方面的研究。3通讯作者,教授,博士生导师,E2mail:khk1962@126.com。收稿日期　2008207228

一直以来,生长性状、肉质性状乳产品性状等是家畜育种中最重要的育种目标性状。然而,对家畜生产具有负面影响的遗传因素的消除也是家畜育种遗传改良时所必须考虑的。对家畜生产最有害的遗传因素就是突变基因所引起的遗传疾病,并且这些疾病已经成为家畜育种中一个非常严重的问题。而抗病性状的重要性是近几年才被认识的。然而,要保证上述2个性状能很好地被选育,具有优良的抗病性能是保障。为此,笔者对一些与疾病相关基因的研究状况进行简单的回顾,旨在为我国优良的地方品种的选育奠定基础。1　肾小管发育不良(Renaltubulardysplasia,RTD)及相关基因RTD也是一种常染色体隐性遗传性疾病,它的表型主要表现在血液中尿素氮和肌酸酐值增加、痢疾和蹄过度生长[1]。对患有RTD牛的肾脏进行组织学检查发现,结缔组织纤维化,在髓质和皮层有单核细胞入侵和正常的肾小管和肾小球减少[2]。RTD疾病基因定位在牛1号染色体上[3];并且发现一个微卫星座位(BMS4009)在患病牛群体中不存在,而在表型正常牛群体中能扩增出1条或2条DNA条带。这表明,包括这个BMS4009的基因组片段的缺失与RTD有关。近年来,PCLN1(Paracellin21)基因已经被鉴定负责人常染色体隐性疾病,如家族性血镁过少并带有高钙尿和肾钙质沉着。患这种疾病的人受到的主要损害是肾上皮细胞故障和/或畸形,这种情形与牛中的RTD疾病是一样的。PCLN1基因编码1个肾上皮细胞的跨膜蛋白,这个基因与编码紧密连接蛋白的Claudin基因家族有着高度的同源性。PCLN1基因已经定位到人染色体3q区域内,而牛的RTD疾病基因定位到相应的1号染色体的这个区域。因此,PCLN1基因被认为是牛RTD疾病的候选基因。通过与人的PCLN1基因的比较基因组学研究表明,患有RTD的牛的PCLN1基因缺失外显子124,而且BMS4009恰好也在这个区域内,因此可以说明PCLN1基因的缺失引起肾上皮细胞紧密连接的机能不良而导致牛的RTD[4]。通过上述的研究结果表明,可以通过PCR方法来检测我国黄牛品种的PCLN1基因的缺失与否来建立以DNA水平为基础的RTD疾病的诊断系统。2　牛Chondrodysplastic矮小症(Bovinechondrodysplasticdwa2rfism,BCD)与相关基因矮小症在各种动物中都有报道,如家畜、试验动物和人等。并且负责矮小的许多基因也已经被鉴定。牛的矮小表型显示相当大的变异,但主要的损害就是四肢的长骨、椎骨和部分头盖骨的不正常的软骨骨化。BCD是一种常染色体隐性遗传疾病,表现为四肢短小、关节畸形和发育不全,BCD

疾病的座位定位到牛染色体6的末端区域,与人的该疾病定位在4号染色体的位置类似[5]。EVC(Ellis　vancreveld)基因是人的该疾病的候选基因[6]。但研究表明,在BCD牛的EVC

基因内并没有发现基因性突变。Takeda等鉴定了1个新的LIMBIN基因,进一步研究表明,这个基因是负责BCD的候选基因,在空虚个基因的外显子11存在1个在1356bp处的C

到T的替换,导致了不适当的剪切。在外显子14的2054～2055bp处存在1个CA到G的替换,并导致了1个移码突变[7]。所以,通过在我国黄牛品种中对该基因的研究,可以找到适我国牛品种的关于该疾病的在DNA水平上的诊断系统。3　牛普鲁氏菌病与天然抗性巨噬结合蛋白基因牛普鲁氏菌病(Brucellosis)是由流产布鲁氏菌引起的,它的临床表现是在怀孕的最后3个月内有流产的情况出现,从而导致生产力降低和乳产量减少,而且它对公共卫生存在一定的危害[8]。尽管牛普鲁氏菌病已经在一些国家得到成功的控制,但它仍然是一个世界性的重要的动物传染性的疾病[9]。牛普鲁氏菌病的控制大部分是依靠接种疫苗和患病动物的屠杀。然而,要想通过这些手段完全根除这种疾病是不容易完成的。因而,通过遗传选择来选择具有天然抗性的牛可能成为根除这种疾病的一个有用的工具。实际上,对普鲁氏菌病天然抗性的遗传标记的研究已经有过报道[10]。天然抗性巨噬结合蛋白(Naturalresistance2associated

macrophageprotein1,NRAMP1)基因是首先在小鼠中被发现和

研究的,这个基因原来也叫Lsh/Ity/Bcg,最近,它已被重新命名为Slc11a1(Solutecarrierfamily11member1)。Nramp1基因与鼠细胞内的病原菌的天然抗性相关,包括沙门氏菌、利曼氏原虫、分枝杆菌等。在鼠中,Nramp1蛋白在天然免疫上起重要的作用,它能在感染的起始阶段防止巨噬细胞内的细菌的生长[11]。另外,Nramp1蛋白也影响适应性免疫和某些

安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2008,36(27):11774-11776 责任编辑　姜丽　责任校对　张士敏细胞因子mRNA的稳定性[12]。在牛群体中,对流产布鲁氏菌的天然抗性与Nramp1基因3′UTR内的微卫星(GT)n的多态性关联,可以通过SSCA(Single2strandconformationalanalysis)方法检测[13],已经检测到了该微卫星的13～16GT的重复片段。试验结果显示(GT)13等位基因与布鲁氏菌病的天然抗性相关并控制流产布鲁氏菌在巨噬细胞内的复制[14]。在水牛中,Nramp1基因3’UTR内微卫星的多态性与布鲁氏菌病的天然抗性的关联最近也有报道[15]。相反,没有发现在人的Nramp1基因的3’UTR的多态性与布鲁氏菌病的天然抗性相关[16]。Paixao等也没有检测到3’UTR的多态性与牛的布鲁氏菌病的天然抗性相关[17]。Mart1′nez等检测到了11个SNPs,其中6个新的突变。在11个SNPs中,5个在编码区(3个是错义突变),1个在启动子区,5个在内含子内[18]。4　一个疾病抗性基因———CARD15传染性疾病对家畜的生产和经济性状有着相当大的影响。治疗和兽医方法的成本是一个很大的负担。在动物中,有很多的对传染病具抗性的证据表明,它有1个遗传基础并且对各种各样的传染病的应答上具有加性遗传效应[19]。因此,提高疾病抗性的育种措施可能是一个可选择的方法。但自然选择在增加抵抗力上不可能会有显著的效果,如“航运热(Shippingfever)”或“约尼氏病(Johne’sdisease,JD)”,因为易感和抵抗动物的相关的适合度是相似的。航运热是一个短暂的传染病,“约尼氏病”在动物生命的后期才表现,所以在易感和抵抗动物中具有相似的生殖性能和后代存率。如果负责这个疾病抗性的基因或突变能够被鉴定,那么对动物天生的疾病抗性将会有很大的提高。这些主效基因或突变的鉴定将会给研究这些传染病的机理提供一个新的工具,还会对控制疾病传播的药理学和管理方法有一定的帮助。一旦成因性突变被鉴定,就可以通过DNA测试来扫描动物群体以期获得有利的等位基因。因此,在家畜中很多研究已经致力于鉴定疾病的抗性基因。通过比较基因组学的方法,以前在人和小鼠中已鉴定的与疾病抗性相关的基因可以作为在牛中研究的候选基因。Toll样受体(Toll2likereceptors,TLRs)是一类在哺乳动物中已被鉴定的相对较新的蛋白家族,并且明确显示它们参与微生物组分的识别和天生免疫的激活,从而导致特异性抗原免疫应答的形成[20]。这个家族的成员由3个结构域组成:TIR(Interleukin21receptordomain)、短的跨膜序列和LRR(Extra2cellularleucinerichrepeats)。TLRs中的每一个都能识别微生物组分的一个特异的部分[21]。TLR2和TLR4在人和鼠中已经进行了广泛的研究,结果表明在对某些病原体的抗性中起重要的作用[22]。因为这些基因在人和鼠之间在结构和功能上是保守的,所以它们最近在牛中作为候选基因进行疾病抗性的研究。另一个蛋白家族,它们都有一个共同的核苷酸结合寡核苷酸域(Nucleotideoligomerizationdomain,Nods)。与TLRs不同,这些蛋白在细胞内活动[23]。然而,这些蛋白与在植物中发现的一类疾病抗性基因(R)的蛋白产品具有显著的相似性[24]。尤其是CARD15(Caspaserecruitmentdomain15)基因的产物与植物中R基因的产物相似,都包含1个氨基末端效应结构域(Amino2terminaleffectordomain)。在CARD15中,由2

个CARDs结构组成,而它是到目前为止唯一被鉴定的拥有2

个结构域的基因[25]。人的CARD15基因的mRNA有2个翻译起始位点,它们之间相距81bp,从而导致产生1040和1031个氨基酸长度的蛋白质[25]。鼠的CARD15基因的转录本也包含2个翻译起始位点,它编码1020和1013个氨基酸长度的蛋白质,在人和鼠中,CARD15基因由12编码外显子组成,结构域分析表明,