牛主要抗病候选基因的研究进展

摘要：动物在生长和发育的过程中，常会受到环境中各种病原微生物的侵入，其结果常表现为抗病或染病。抗病性的出现多数是由抗病基因控制的。近几年来，有关牛抗病基因的研究日益增多，目前研究较为集中的抗病基因主要有主要组织相容性复合物（MHC）、天然抗性巨噬结合蛋白1（NRAMP1）、甘露糖结合凝集素（MBL）、Toll样受体基因、γ干扰素等。文章将着重对牛体内与免疫相关的部分抗病候选基因的研究进展加以综述。

关键词：牛；抗病基因 研究进展

中图分类号：S823 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-04-0282-2

0 前言

动物可能对一些传染性疾病存在完全或部分的抗性，即抗病性。抗病性大多是由遗传因素来决定和控制的，动物自身的遗传性状决定着疾病的发病率。[1]抗病基因是动物抗病性的遗传基础，它是在外来因素的刺激下能够抵抗疾病入侵、能使动物体内产生抗体，即动物对疾病产生抗性的基因。抗病基因按照效应大小分为三类：第一是单一主基因，这种基因的功能主要是控制抗性状的表达；第二是微效多基因，这种基因控制的抗病能力是由多个基因共同完成的；第三是独立的多基因，一般抗病能力多受到独立的多基因控制，而特殊抗病能力主要受到单个主基因位点的控制。[2]

虽然预防接种在动物疾病控制方面起到了重要的防治作用，但仍未能完全遏制传染病的流行。当前可以利用分子生物学技术，进而找寻抗病基因进行抗病育种，从根本上改变动物的遗传性状，已成为控制和减少一些疾病发生的有效途径。而利用分子遗传学方法，采用基因图谱和数量性状位点扫描技术寻找与抗病力相关的基因，进行间接选择也日渐成为了新的方法。[3]目前，已经发现的在牛体内与免疫相关的抗病候选基因数量逐渐增多，主要有主要组织相容性复合物（MHC），天然抗性巨噬结合蛋白1（NRAMP1），甘露糖结合凝集素（MBL），Toll样受体基因（TLR），干扰素（IFN）等，这些抗病候选基因有望成为动物抗病育种的新靶点。

1 主要的抗病候选基因

1.1 天然抗性巨噬结合蛋白1（NRAMP1）

NRAMP1基因是一个比较保守的基因，主要存在于吞噬细胞，嗜中性粒细胞以及外周血液细胞中，为特异性表达，会影响动物自身的固有免疫，所以是综合抗病能力较好的候选基因。NRAMP1基因最初在小鼠体内发现，是在网状内皮细胞中的巨噬细胞表达。NRAMP1基因的存在可以抵抗多种细胞内病原微生物的入侵，发挥着重要的免疫功能。[4]通过把小鼠的基因敲除发现，NRAMP1基因与一些细胞内菌，病原微生物菌，例如分枝杆菌中的结核分枝杆菌、沙门杆菌、利什曼菌等的抗性和易感性有关。牛的NRAMP1基因位于第2号染色体上，研究表明其对牛布鲁氏病、乳腺炎等疾病有抵抗作用。对NRAMP1基因功能的研究表明可能是通过消耗含有胞内病原微生物吞噬体中的二价金属离子，使病原微生物缺乏繁殖必需的金属离子而达到抵抗胞内病原微生物的作用[5]，但具体的作用机制目前尚不清楚。Ciro Estrada-Chavez，Ana L. Pereira-Suarez[6]等人发现在人体中，NRAMP1基因已被确定与结核易感性有关。

1.2 主要组织相容性复合物（MHC）

MHC是由连接紧密的多态性基因组成的，是一个与抗病性和免疫应答有着紧密相关性的基因家族，在免疫反应中对细菌、病毒、寄生虫等的控制和清除起着重要的作用。目前已经证实MHC与多种疾病间存在着密切的联系，牛的MHC物位于第23号染色体上，1978年牛的MHC基因得到了首次报道，命名为BoLA基因。有关BoLA基因和疾病的报道很多，Gilliespie，Sharif等人研究出BoLA-DRB3第2外显子与奶牛乳房炎的高发病率有显著相关性。Wei Lei，Qinglong Liang等人研究了牛BoLA-DRB3基因和皖北FMDV与牛口蹄疫易感性之间的关联，采用BOLA-DRB3基因扩增的半巢式聚合酶链反应，分析基因频率和基因型频率在健康和感染口蹄疫牛之间的差异，发现等位基因Hae III A在皖北牛中与口蹄疫易感性显著相关，而Hae III C则对口蹄疫病毒具有很强的保护作用。[8]牛的BoLA基因与肠道寄生虫病、高酮症的易感性相关，牛的白血病与BoLA-AW16相关，牛的慢性后脊椎轻瘫与BoLA-A8相关，牛眼癌与W6相关，W14单倍型与牛结核病易感性相关。

1.3 Toll样受体基因（TLR）

TLR基因是一类普遍存在于哺乳动物中已经被鉴定出来的跨膜蛋白家族，主要存在于巨噬细胞、树突状细胞中，Toll样受体的作用是作为膜受体来识别侵袭机体的病原体含有的保守蛋白，还起着传递识别信号，激活核转录因子，转录相应的效应分子以及影响机体天然免疫等作用。[9]自从2006年牛的TLR基因mRNA序列在GenBank上公布，对TLR基因家族和牛疾病之间的相关性研究便迅速增多。Colleen A. Fisher， Eric K. Bhattarai[10]等人运用自定义下一代测序方法以及等位基因分型检测方法对牛的10个TLR基因变体的280双等位基因进行SNP检测和验证。采用验证牛TLR识别细菌配体基因的病例对照研究发现有6个SNP位点可能与结核分枝杆菌的易感性和奶牛感染副结核病的易感性相关。还有研究认为，TLR基因可能与牛呼吸性疾病、肠道性感染疾病、牛乳房炎、口蹄疫病毒感染疾病、败血病及子宫内膜炎等。

1.4 甘露糖结合凝集素（MBL）

MBL基因是人体和动物体内重要的天然抗感染免疫分子，是由肝脏合成后分泌到血液中的，在抗原抗体发生特异性免疫反应前，其可以诱导并激活机体的固有免疫反应。MBL基因与免疫调节、补体活化的介导等生物学效应有着紧密的关联，同时又是临床上介导多种疾病发生的基础结构，MBL基因在防御病原微生物侵袭的天然免疫中起着抗感染分子的作用。[11]研究发现MBL基因的多态性和免疫缺陷性疾病、病毒性疾病、类风湿性关节炎、细菌性疾病、真菌性疾病以及寄生虫性疾病等均有相关性。根据Gen Bank发布的数据，牛具有MBL1与MBL2两种基因，Andersen等人通过亲和层析法从牛的血清中得到了纯化的MBL基因。Kawai等人采用编码人MBL基因的胶原区、颈区及糖识别区域探针的方法，从牛肝cDNA文库中筛选编码牛MBL基因的cDNA克隆，同时从牛血清中分离得到了MBL基因。Capparelli R[12]等人研究发现MBL基因多态性与水牛抗布鲁杆菌病的能力密切相关，其作用机理为MBL基因突变导致甘露糖结合凝集素血清水平下降，影响了正常的免疫功能。Liu J， Ju Z， Li Q等人选择了MBL基因启动子区域的三个新SNP位点和两个已报道的MBL1基因外显子2的位点进行检测，采用PCR单链构象技术在中国奶牛的三个不同品种中进行性多态性分析，分析其基因型和单倍型频率，血清MBL-A的水平，补体活性等，结果表明MBL1基因与抗奶牛乳腺炎存在相关性。[13]

1.5 干扰素基因（IFN）

由于IFN具有抑制肿瘤细胞生长、抵抗病毒感染及调节机体免疫功能的作用，因此成为病毒学、遗传学、免疫学、以及分子生物学比较活跃的研究领域。IFN-γ在调节机体免疫系统功能、增加巨噬细胞杀菌力、影响细胞的增殖与凋亡等方面具有重要的研究意义，其主要是通过刺激或抑制相应的基因发挥作用。[14]孙仰峰等人2008年对牛IFN-α基因高效表达及纯化进行了研究。[15]张永红等人研究鲁西黄牛BoIFN-α基因，并获得了具有较高抗病毒活性的重组干扰素产物。[16]蔡进忠从我国环湖型牦牛和野牦牛基因组DNA中克隆了α干扰素基因，重组后的BoIFN-α基因对牛传染性鼻气管炎病毒具有一定的抑制作用。[17]Sweeney RW， Jones DE等人选取5只未受感染的成年荷斯坦奶牛，7只自然感染结核分枝杆菌的成年荷斯坦奶牛，屠宰时从每只牛体内取回肠和盲肠的淋巴结样品，运用逆转录-聚合酶链反应法测定IFN-γ和白细胞介素4在每个样品mRNA表达量。结果感染结核的牛IFN-γ基因的表达量显著高于未感染牛，因此，IFN -γ的表达量增加，可能会增强牛的抗感染性。[18]

2 抗病基因应用于动物抗病育种时可能存在的问题与前景展望

2.1 存在的问题

动物抗病能力的遗传机制很复杂，还有环境的影响也很大。病原微生物的遗传特性与宿主动物的关系也很复杂，同时对抗病性和易感性指标的测定也没有统一的规定，而且还缺乏用于选择的可靠性标记。研究表明抗病性性状是由微效多种基因所控制的，但基因之间还会存在相互的作用，单纯的使用某种标记辅助选择达不到全面性效果，基因工程育种虽然有很强的针对性，但成功率却极低，而且需要的花费也相当巨大，很难实现大规模的操作。[19]因此，单独应用某一种抗病育种技术都会呈现出很多方面的局限性，还有抗病性与生产性状之间存在着负相关作用，不同的疾病间也会存在拮抗作用，目前除了一些已知的疾病外，大多数疾病在抗性选择方面可以参考的数据还很少，抗病机理也不是很明确和清楚，这些问题也同样在制约和阻碍着抗病育种的发展和应用。

2.2 前景展望

抗病育种并不是育种的最终目的，还需要与动物的生产性能、疾病的生理学特征、流行病学、免疫机制等多方面的综合因素相结合考虑，才能产生最适合经济需要的效果。在目前畜牧业抗病育种的方法中，应当充分将常规的表型选择和标记型的辅助选择有效的结合起来，让两者的优势得到互补，有效的提高家畜机体的一般抗病能力和特殊抗病能力。[20]对此，应该将分子学技术与抗病基因结合，开展动物基因组的基础研究工作，采用现代生物学技术和转基因工程技术系统地对基因的结构和功能进行全面性的研究。随着抗病基因作用机制研究不断的深入，抗病育种进展缓慢的局面将会得到逐渐的改善，综合性抗病育种研究将对我国畜牧业发展产生巨大的推动力。

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作者简介：吴语宁（1986-），女，吉林长春人，吉林农业大学在读硕士，研究方向：免疫生物化学。

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