雞蛋用性狀遺傳基礎研究進展

張偉圖，董靜超，李 華,2，康慧敏*

(1. 佛山科學技術學院/廣東省動物分子設計與精準育種重點實驗室，廣東 佛山528225；2. 廣東天農食品有限公司，廣東 清遠 511827)

雞的蛋用性狀包括產蛋性狀(產蛋數、開產日齡、產蛋持續性、料蛋比等)與蛋品質性狀(蛋重、蛋殼顏色、蛋殼厚度、蛋殼強度、蛋黃顏色、哈氏單位、蛋黃重、濃稀蛋白比等)。改良蛋用性狀對提升種雞供種能力和商品代生產能力，進而提高經濟效益具有重要意義。因此，蛋用性狀是雞遺傳改良的主要目標性狀。在制定育種計劃時，性狀的遺傳參數(遺傳力、遺傳相關和重復力)是最重要的考慮因素之一。長期以來，研究者基于動物模型和隨機回歸模型等統計模型，利用平均信息約束最大似然法等方法對不同品種雞的蛋用性狀進行遺傳參數估計。目前已對雞蛋用性狀的遺傳參數研究得比較清楚。近年來，生物技術和數量遺傳學的不斷發展推動畜禽育種進入了分子育種時代。2012年起，國內外各大育種集團陸續開始在雞的育種中應用基因組選擇[1]。解析蛋用性狀的分子遺傳基礎不僅可以從理論上完善人們對這些性狀的了解，同時，將顯著關聯的分子標記應用于基因組選擇，可以進一步提高育種中選種的準確性。近年來，蛋用性狀的遺傳基礎研究取得了一定進展。文章總結了常見蛋用性狀的遺傳力及性狀間的遺傳相關，并對其重要候選基因的研究進展進行概述，旨在為后續的科學研究與育種工作提供參考與借鑒。

1 雞蛋用性狀的遺傳參數估值

目標性狀的遺傳參數估計是育種的基礎工作。開產日齡是重要的產蛋性狀，它是繁殖啟動的標記，家禽開產越早，產蛋初期性能越高[2]。開產日齡不僅影響開產后產蛋率、產蛋高峰持續的時間，而且也會對產蛋數產生影響[3]。研究表明，開產日齡具有中高遺傳力(0.24～0.56)[4-5]，因此它的遺傳改良相對容易。在整個產蛋周期，產蛋數(如兩周產蛋數、月產蛋數)隨時間發生變化，屬于縱向性狀，常用隨機回歸模型進行分析。不同階段產蛋數遺傳力有所不同，有時為低遺傳力，有時為中等遺傳力，有時為高遺傳力，且整個產蛋周期內，產蛋數遺傳力普遍呈U字型[6]或接近U型[7]變化，這可能是由于控制或影響產蛋的基因隨產蛋時間的推進而發生變化所造成的。Wolc等[8]分別基于系譜和基因組信息構建個體關系矩陣(A陣和G陣)，并利用隨機回歸模型進行分析，得到的褐殼蛋雞產蛋數遺傳力變化曲線呈倒U字型，平均遺傳力分別為0.20和0.33。而Venturini等[9]以白來航雞每3周的產蛋數為性狀進行研究，除第一階段(20～22周齡)產蛋數遺傳力很低外(0.04)，其后階段(直到70周齡)遺傳力均屬于中等遺傳力，且變化幅度較小(0.10～0.14)。相鄰階段產蛋數的遺傳相關高[10]，相鄰較遠階段產蛋數間的遺傳相關較低，甚至可能為負值[6]。Luo等[11]利用隨機回歸模型對某肉雞母系從開產到各周的累計產蛋數進行分析，發現產蛋初期其遺傳力為0.16，之后逐漸增大，直到產蛋第40周的累計產蛋數的遺傳力有所降低，遺傳力變化范圍為0.16～0.54。郭軍等[12]利用隨機回歸模型對皋黃雞產蛋數進行分析，發現產蛋數遺傳力變化范圍為0.05～0.32，開產第2月產蛋數遺傳力最低，第1～2月產蛋數遺傳力在0.1以下，第3～7月產蛋數遺傳力為0.20～0.32。黨李蘋等[13]對略陽烏雞開產到31周、35周、40周的累計產蛋數進行遺傳力估計，遺傳力估值分別為0.27、0.25和0.26。而王克華等[14]估計了如皋黃雞40周產蛋數的遺傳力，估值為0.29。Chen等[15]對矮腳蛋雞44周產蛋數和產蛋率的遺傳力估值分別為0.48和0.23。綜上，除個別群體和少數時期外，階段產蛋數和累計產蛋數的遺傳力均屬于中高遺傳力，而不同的遺傳力估值及其變化曲線可能與所研究的品種、群體和世代的差異有關，也可能是分析模型與估計方法的不同造成的。

蛋品質性狀大多具有中高遺傳力，因此遺傳改良也較為容易獲得成效。研究表明，蛋重(0.47～0.74)[4-5,10,16-17]和蛋殼顏色(0.3～0.53)[17]具有高遺傳力，蛋殼厚度(0.21～0.34)具有中高遺傳力[17-18]，蛋殼強度具有中等遺傳力(0.2～0.27)[17-18]。對于由白來航和東鄉雞構建F2代資源群體，蛋殼超微結構中蛋殼厚度、有效層厚度、乳頭層厚度和乳頭密度的遺傳力分別是0.39、0.36、0.17和0.19[19]。蛋黃重(0.32～0.45)[17]和蛋白高度(0.51～0.55)[5,17]均具有高遺傳力。哈氏單位的遺傳力估值范圍為0.14～0.41[17,20]。

蛋用性狀間存在一定的遺傳相關。研究表明，開產日齡與300和450日齡累計產蛋數間的遺傳相關系數分別為-0.74±0.20和-0.73±0.19。褐殼矮腳蛋雞的蛋重與蛋黃重(0.47)、蛋黃顏色(0.25)呈正遺傳相關，而與哈氏單位呈負遺傳相關(-0.36)。蛋殼顏色與哈氏單位(0.36)和蛋黃顏色(0.69)呈正遺傳相關，與蛋黃重呈負遺傳相關(-0.89)[17]。褐殼矮腳蛋雞雞蛋的蛋白高度與蛋重呈正遺傳相關(0.32)，而哈氏單位與蛋重的遺傳相關較低(0.10)[17]。在洛島紅蛋雞上的研究，蛋殼厚度和強度間的遺傳相關較高(0.72)[21]。育種中不僅要根據蛋用性狀的遺傳力選擇適合的選育方法，也要考慮性狀間的遺傳相關，實現對蛋用性狀的平衡選擇。

2 蛋用性狀的重要候選基因

根據動物數量性狀基因座數據庫[22]，截止2020年6月，各研究利用候選基因法、QTL定位、全基因組關聯分析等方法所定位到的蛋用性狀數量性狀基因座(quantitative trait loci, QTL)的數目如表1所示。所定位到的蛋用性狀QTL中，蛋殼厚度的QTL最多，達774個，產蛋數和蛋重分別定位到316和382個QTL，而其余蛋用性狀所定位到的QTL數目均小于100個。

表1 蛋用性狀的QTL數目Table 1 Number of QTL detected for egg-related traits

基于所定位到的QTL，蛋用性狀候選基因的挖掘也取得了較大進展。本文根據其功能研究進展對候選基因進行了進一步篩選(表2)，并對其功能進行分類闡述。由表2可知，有些基因同時為多個蛋用性狀的候選基因，如開產日齡候選基因BMP15和GDF9同時也為蛋重和產蛋數的候選基因[23-24]。

表2 蛋用性狀的部分候選基因Table 2 Some candidate genes for egg-related traits

2.1 下丘腦-垂體-性腺軸相關基因

產蛋屬于繁殖行為，其過程受到下丘腦-垂體-性腺(HPG)軸調控：下丘腦分泌的促性腺激素釋放激素I(GnRH-I)與垂體前葉中的受體GnRHR特異性結合，刺激合成和分泌促黃體激素(LH)和卵泡刺激素(FSH)，進而刺激卵巢孕酮、雌二醇的分泌和卵子的發生，最終調控繁殖性能。在蛋用性狀候選基因中，一些基因與HPG軸直接或間接相關(圖1)，包括GNRH1、GNRHR、FSHR、PRL、STAT5B、DRD2、BMP15、GDF9、NPY和NCOA1。

如圖1所示，GNRH1基因所編碼的前體蛋白經過裂解等過程產生GnRH-1(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/2796)，進而調控產蛋過程。何宗亮[47]在雪山雞中的研究發現，產蛋雞下丘腦和垂體中GnRHmRNA表達量極顯著(P<0.01)高于就巢和醒抱雞，即GnRHmRNA表達量與開產日齡有正相關性，并且發現下丘腦和垂體中GnRHmRNA表達量與產蛋量呈正相關，相關系數為0.332。PRL基因編碼催乳素，它能夠抑制GnRH的分泌[48]；另外，PRL可以激活雌激素受體的表達和乳蛋白基因的轉錄，該過程需要STAT5A和STAT5B的參與[49-50]。有研究表明，提高PRL基因的表達量可以一定程度上提高籽鵝年產蛋量[51]。

圖1 部分蛋用性狀候選基因參與的HPG軸激素因子調控網絡促進作用；抑制作用Fig. 1 HPG axis hormone factor regulatory networkinvolving some candidate genes for egg-related traitsEnhancement;Inhibition

血管活性腸肽(VIP)是神經遞質的一種，它與受體VIPR結合后，能夠促進PRL的合成與釋放[52-53]，因而對繁殖性能起到抑制作用。與此相一致，雪山草雞產蛋組下丘腦和垂體中VIPmRNA表達量極顯著(P<0.01)低于就巢組和醒抱組，即VIP的表達量越低，開產越早；并且下丘腦和垂體中VIPmRNA表達量與產蛋量呈負相關，相關系數為-0.276[47]。多巴胺是一種兒茶酚胺類神經遞質，有一系列功能，如中樞神經系統中的認知、情緒和內分泌系統的調控等，也包括調節周圍神經系統中心血管及腎臟功能、激素分泌、胃腸蠕動等[54]。在人上，DRD2是5個重要的多巴胺受體之一，在中樞神經系統和垂體中高表達，通常發揮抑制功能[54]。在禽類上，多巴胺與垂體中的DRD2結合，競爭性抑制VIP的功能，從而抑制PRL的合成與釋放[55]。BMP15和GDF9都屬于轉化生長因子-β(TGF-β)超級家族的成員，在母雞卵巢顆粒細胞中表達，BMP15對促性腺激素介導的孕酮分泌有很強的抑制作用[56]，而GDF9能夠促進FSH介導的孕酮合成，并且能夠促進顆粒細胞周期的推進[57]。此外，BMP15和GDF9可以單獨形成同源二聚體或共同形成異源二聚體，參與卵泡發育調節[58]。NPY蛋白能夠增強[59-60]或抑制[61-62]GnRH-I的分泌進而影響產蛋。NCOA1參與多種核受體的共激活(如孕酮受體、雌激素受體)[63-64]，同時，也參與由STAT5A、STAT5B等介導的共激活[65]，是影響雞產蛋性狀的主效基因[66]。

此外，研究發現，生長激素(GH)除了對動物生長起促進作用外，也是重要的繁殖調節因子，它可通過性激素依賴與性激素非依賴途徑發揮相應功能[67]。生長激素釋放激素(GHRH)由下丘腦合成并分泌，它通過與其受體GHRHR結合，調控垂體中GH的合成與釋放，進而影響產蛋。

2.2 鈣磷代謝相關基因

MEPE和RARRES1是蛋殼厚度候選基因，RARRES1同時也被鑒定為蛋殼重、蛋重、產蛋率、蛋黃重和蛋白高度的候選基因。這兩個基因所編碼的蛋白質MEPE和RARRES1是雞蛋蛋殼的重要成分[68]。研究表明，MEPE主要在磷酸鹽和骨礦代謝紊亂時表達，它既可抑制成骨細胞活性，也可促進骨細胞正常分化。在成骨細胞中，增加MEPE蛋白表達量不僅可以減少破骨細胞的生成，還可以引起腎臟重吸收磷酸鹽增加，導致高磷血癥[69]。PTH是蛋殼強度的候選基因，當它在甲狀旁腺細胞中發生突變時，會導致甲狀腺激素分泌不足，從而引起家族性孤立性甲狀旁腺功能減退癥、低鈣和高磷血癥[70]。因此，蛋殼強度和厚度的候選基因MEPE和PTH可能通過調節鈣、磷離子的水平影響蛋殼品質。章世元等[71]研究表明，在56周齡新揚州雞產蛋期母雞腿肌肉注射200 μgPTH基因質?？梢燥@著改善蛋殼強度(P<0.05)。此外，SNN1基因家族(SNN1a、SNN1b、SNN1g和SNN1d)與蛋殼形成密切相關，SNN1a、SNN1b和SNN1g基因在蛋殼礦化形成期表達量最高，而SNN1d在靜止子宮中的表達水平最高。SNN1基因家族編碼的蛋白組成了阿米洛利敏感鈉通道，它們可能通過影響鈉離子和鈣離子的交換從而參與蛋殼的形成，影響蛋殼品質[43]。

3 展 望

目前，通過全基因組關聯分析、轉錄組基因差異表達分析等方法，蛋用性狀候選基因的挖掘已經取得了一定進展。但由于受到研究群體大小、品種、標記密度和統計分析方法的限制，這些基因可能存在一定的假陽性率。在后續研究中，有必要對候選基因進行群體驗證，即在本品種中擴大群體和其它品種群體中進行驗證，此外，也可通過基因表達的定量檢測手段檢測基因mRNA和蛋白表達量，并驗證與性狀的相關性，進一步提高候選基因的可靠性。同時，目前對于很多候選基因影響蛋用性狀的機制尚不了解，如候選基因RARRES1如何影響產蛋率、蛋重等性狀。因此，有必要采用功能獲得與缺失策略，通過體內、體外試驗，利用基因敲除、過表達、轉基因等技術手段對候選基因的具體作用機制及基因間的相互作用進行深入研究，最終構建完整的分子遺傳調控網絡。當發現候選基因mRNA表達量與性狀相關后，可利用啟動子缺失突變、雙熒光素酶報告系統和染色質免疫共沉淀等技術，鑒定其上游調控應答關鍵轉錄因子及其互作位點。這些后續研究不僅將有助于解析蛋用性狀的分子遺傳機制，更將進一步推進蛋用性狀的分子遺傳改良，提高其育種效率。