泌乳性能是母羊重要的经济性状之一,主要包括产奶量和乳成分等指标,直接决定了哺乳期羔羊的生长速度与羊奶的产量和品质。绵羊奶被称为“黄金奶”,其乳蛋白、乳脂和固形物含量分别为5.7%,7.4%和18.5%,高于山羊奶和牛奶,其活性成分具有调节血压、免疫和抗氧化能力等功效
[1-3]。品种是泌乳量和乳成分的主要影响因素。东佛里生羊是世界上产奶性能最好的奶绵羊品种,主要用于杂交改良本地绵羊品种,以提高其泌乳性能。湖羊繁殖力高,适应性强,已被广泛引种到各地饲养,但其产奶性能较低,不能满足其高繁殖力特性的需求
[4]。在生产实际中,以东佛里生羊作为父本,杂交改良湖羊能显著提高杂交一代与杂交二代的泌乳量
[5]。分子遗传标记是指DNA序列中的特定变异位点,用于追踪遗传信息传递,在现代分子育种中发挥着重要作用。若能找到调控羊泌乳性状的关键分子遗传标记,则可利用分子标记辅助选择技术对母羊产奶量和乳成分等性状进行精准选育
[6]。
α-乳清蛋白(alpha-lactalbumin,LALBA)是乳清蛋白的主要成分,约占乳蛋白的22%,是机体生长发育的重要能量来源
[7]。作为一种活性蛋白,LALBA具有多种生物学功能,能够为机体提供丰富的必需氨基酸。LALBA蛋白也含有较高的色氨酸,能作为营养补充剂来改善人体的神经功能与睡眠质量
[8]。乳腺是分泌乳汁的唯一器官,当催乳素与受体结合后,会激活JAK2-STAT5通路,使STAT5磷酸化并结合到
LALBA基因启动子的特定区域,从而开始转录并翻译蛋白质
[9-10]。此外,作为哺乳期乳腺中乳糖合成酶系统的调节成分
[11],
LALBA在哺乳期的转录量会显著增加,并与乳汁中乳糖含量呈正相关关系
[12]。
研究表明,
LALBA基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNP)对山羊、奶牛和马的泌乳性状具有显著影响。例如,DETTORI等
[13]在Sarda山羊
LALBA基因启动子区域检测到2个SNP位点,其中c.-358 T/C位点的TT和TC基因型以及c.-163 G/A位点的GA和GG基因型个体的乳糖含量较高(
P<0.05)。OSTROWSKA等
[14]在奶牛
LALBA基因启动子区域发现1处SNP位点g.-1001 T/C,其TT基因型的蛋白含量显著高于CT基因型。WODAS等
[15]在马
LALBA基因5' UTR区发现了4个SNP位点,其中c.-928 C/T位点CC基因型的乳脂和乳蛋白含量均显著高于TT基因型。目前
LALBA基因多态性对绵羊泌乳性状影响的报道较少。SALLAM等
[16]在Barki母羊上发现,
LALBA基因中BB基因型的乳脂含量显著高于AA和CC基因型,其蛋白质和乳糖含量也高于其他基因型。GARCÍA-GÁMEZ等
[17]在Churra羊
LALBA基因第1外显子上检测到1个与乳蛋白含量相关的SNP位点g.242 T/C,该位点导致缬氨酸变为丙氨酸。然而,MARSHALL等
[11]在新西兰商业奶绵羊群体上并未发现
LALBA基因的SNP,表明
LALBA对其他绵羊品种泌乳性能的影响还需进一步研究。同时,上述研究未从单倍型组合层面探讨
LALBA对家畜泌乳性能的影响,无法深入解析不同位点间的协同作用。为此,本研究以437只奶绵羊为研究对象,结合Sanger测序与五引物扩增受阻突变体系(penta-primer amplification refractory mutation system,PARMS)技术,分析
LALBA基因SNP与绵羊乳脂率、乳蛋白率和乳糖率等7个乳成分指标和日均泌乳量的关联性,旨在为绵羊分子标记辅助选择育种提供支撑数据,提升奶绵羊的选育效率与准确度。
1 材料与方法
1.1 试验羊只与样品采集
试验动物为处于泌乳期的437只绵羊,其中包括31只东佛里生羊(east friensian sheep,EF)、52只湖羊(hu sheep,H)、193只东佛里生羊(♂)与湖羊(♀)杂交一代羊(F1)及161只东佛里生羊(♂)与湖羊(♀)杂交二代羊(F2),试验羊在甘肃元生农牧科技有限公司统一饲养。收集试验羊只的年龄、胎次、产羔数及日泌乳量等数据。在泌乳期(产羔后30 d左右),采集试验羊颈静脉血液1 mL/只,滴于FTA卡(Whatman,Middlesex,UK),自然晾干后保存,用于后续基因组DNA提取。同时采集试验羊乳样50 mL/只,使用UL40BC乳成分分析仪(优创,杭州,中国)测定乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、电导率、非脂乳固体含量、干物质含量和pH等7项指标。
1.2 血液DNA提取
试验于2024年在甘肃农业大学牛羊基因改良工程实验室进行,采用碱处理与TE溶液处理两步法
[18]提取血液DNA。具体操作如下:使用取样器在FTA卡上取出直径为1.2 mm的圆盘,将样本转移至1.5 mL离心管中,加入20 mmol/L的NaOH溶液200 μL,50 ℃水浴25 min,去除NaOH溶液,再向离心管中加入200 μL TE溶液,室温静置2 min后洗涤3次,最后吸出TE溶液并敞口放置,自然风干后备用。
1.3 引物设计
根据Ensemble数据库收录的
LALBA基因序列(登录号:ENSOARG00025051024),使用Primer 5.0软件设计5对引物,用于扩增
LALBA基因的5' UTR区-第1外显子、第1内含子及第2,3,4外显子。引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,具体信息见
表1。
1.4 SNP位点筛选
从4个群体中分别随机挑选5个样本进行PCR扩增,用于筛选SNP位点。PCR反应体系为20 μL:直径1.2 mm DNA卡片1张,10 μmol/L的上、下游引物各0.8 μL,Taq DNA聚合酶10.4 μL,DEPC水(ddH2O)8.0 μL。反应程序为:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性30 s,56~60 ℃(具体依引物而定)退火30 s,72 ℃延伸30 s,30个循环;72 ℃终延伸7 min。PCR扩增结束后,采用1.5%琼脂糖凝胶电泳检测扩增产物。将检测合格的PCR产物混池后进行Sanger测序,使用Chromas软件筛选SNP位点。
1.5 PARMS分型与单倍型构建
使用PARMS技术对筛选出的SNP位点进行基因分型,利用Popgene 32.0软件计算变异位点的基因型频率、等位基因频率、基因杂合度(heterozygosity,He)和有效等位基因数(effective number of alleles,Ne)。利用PIC软件计算多态信息含量(polymorphism information content,PIC)。应用Haploview v4.2软件构建SNP位点的单倍型组合,并统计单倍型频率。
1.6 数据统计分析
基于SPSS 27.0的一般线性混合效应模型,分析频率大于5%的LALBA基因型、等位基因和单倍型组合对泌乳性状的影响,模型为:Y=μ+G(A or H)+P+A+e,其中,Y表示泌乳性状,μ为群体均值,G表示基因型,A代表等位基因,H表示单倍型,P为试验群体,A表示年龄,e为随机效应。结果用“平均值±标准误”表示。
2 结果与分析
2.1 绵羊LALBA基因SNP位点筛选及分型
由
图1可知,本试验在绵羊
LALBA基因上共发现3个SNP位点(
图1),分别为位于5' UTR的c.-89 G/A、第1外显子的c.106 C/T和第1内含子的c.160-13 G/A,在第2,3,4外显子区域未发现SNP位点。c.-89 G/A与c.160-13 G/A位点均存在A和G等位基因,其中c.-89 G/A位点有AA、GA和GG等3种基因型,而c.160-13 G/A位点只有GA和GG 2种基因型。c.106 C/T位点存在C和T等位基因,有CC、CT和TT等3种基因型。
2.2 绵羊LALBA基因遗传多态性分析
在c.-89 G/A和c.106 C/T位点上,4个群体的优势基因型和优势等位基因各不相同(
表2)。在c.-89 G/A位点上,湖羊优势基因型和优势等位基为GG和G,东佛里生羊为AA和A,F
1群体为GA和G,F
2群体为GA和A。在c.106 C/T位点上,湖羊优势基因型和优势等位基为CC和C,东佛里生羊为TT和T,F
1群体为CT和C,F
2群体为CT和T。χ²检验发现,c.-89 G/A和c.106 C/T位点中只有F
2群体偏离了Hardy-Weinberg平衡(
P<0.05),其他群体均处于Hardy-Weinberg平衡(
P>0.05)。在c.160-13 G/A位点上,4个群体的优势基因型和优势等位基因均为GG和G;χ²检验发现,在该位点上4个群体均处于Hardy-Weinberg平衡(
P>0.05)。
2.3 绵羊LALBA基因遗传参数分析
表3表明,在c.-89 G/A和c.106 C/T位点上,F
2群体的遗传杂合度和有效等位基因数均最高,均分别为0.499 1和1.996 2;湖羊处于低度多态(PIC<0.25),其他3个群体均处于中度多态(0.25<PIC<0.5)。在c.160-13 G/A位点上,东佛里生羊的遗传杂合度和有效等位基因数最高,分别为0.224 8和1.290 0;F
2群体处于中度多态(0.25<PIC<0.5),其他3个群体均处于低度多态(PIC<0.25)。
2.4 绵羊LALBA基因不同SNP位点基因型与绵羊泌乳性状的关联性分析
绵羊
LALBA 基因c.-89 G/A位点基因型与泌乳性状的关联分析结果见
表4。由
表4可知,在c.-89 G/A位点上,GG型个体的乳脂率显著高于AA型个体(
P<0.05);AA型个体的乳糖率显著高于GA和GG型个体(
P<0.05),GA和GG型个体间的乳糖率无显著差异;3种基因型个体其他泌乳性状均无显著差异。
绵羊
LALBA基因 c.106 C/T位点基因型与泌乳性状的关联分析结果见
表5。由
表5可知,在c.106 C/T位点上,CC型个体的乳脂率显著高于TT型个体(
P<0.05),TT型个体的乳糖率显著高于CT和CC型个体(
P<0.05),3种基因型个体其他泌乳性状均无显著差异。
绵羊
LALBA基因c.160-13 G/A位点基因型与泌乳性状的关联分析结果见
表6。由
表6可知,在c.160-13 G/A位点上,GG型个体乳的电导率和pH值显著高于GA型个体(
P<0.05),2种基因型个体其他泌乳性状均无显著差异。
2.5 绵羊 LALBA 基因不同SNP位点等位基因与绵羊泌乳性状的相关性分析
表7结果表明,c.-89 G/A位点等位基因G显著提高了乳脂率,降低了乳糖率和非脂乳固体含量(
P<0.05)。
表8结果表明,c.106 C/T位点等位基因C显著降低了乳蛋白率、乳糖率和非脂乳固体含量(
P<0.05)。由
表9可知,c.160-13 G/A位点等位基因A显著降低了乳的电导率和pH值(
P<0.05)。
2.6 绵羊LALBA基因SNP位点单倍型与绵羊泌乳性状的关联性分析
LALBA 3个SNP的连锁不平衡分析结果见
图2。
由
图2可知,c.-89 G/A和c.106 C/T间处于连锁不平衡状态(
r2=0.99),可组成1个单倍型模块;c.160-13 G/A未与c.-89 G/A、c.106 C/T呈连锁不平衡状态。
c.-89 G/A和c.106 C/T间共存在CCGG、CTGA、TTAA和TTGA等4种单倍型组合,由于TTGA组合的频率不足5%,故未对该单倍型组合与泌乳性状进行相关性分析。由
表10可知,CCGG单倍型组合的乳脂率较TTAA组合显著提高了1.168%(
P<0.05);TTAA单倍型组合的乳糖率较CCGG和CTGA组合显著提高了0.035%和0.030%(
P<0.05),CCGG与CTGA单倍型组合之间的乳糖率无显著差异。3对单倍型组合其他泌乳性状指标均无显著差异。
3 讨 论
3.1 LALBA在乳成分合成中的作用
乳蛋白含有人体生长发育所需要的氨基酸
[19]。乳清蛋白属于乳蛋白的一部分,因其具有免疫调节、营养补充等作用
[20],被称为“蛋白质之王”,常作为人体内的一种优质蛋白质补充剂。乳清蛋白包括LALBA、β-乳球蛋白和乳铁蛋白,这些蛋白在抑制细菌、病毒等免疫保护方面具有重要作用。LALBA构象及功能特性的差异直接影响着乳蛋白合成和乳汁的品质与营养
[21]。研究发现,在单糖形成之前,LALBA可与半乳糖基转移酶、Mn²⁺和UDP-半乳糖形成的复合物发生可逆结合,形成的新复合物对各种单糖的亲和力显著增加,从而调控乳糖的合成
[22]。目前,虽然没有研究表明,LALBA对乳脂有直接影响,但其可能通过影响乳糖合成从而间接影响乳脂分泌。
3.2 绵羊LALBA基因SNP位点鉴定及群体遗传特征
LALBA基因位于绵羊第3号染色体上,包含4个外显子和3个内含子。本研究在
LALBA基因5' UTR、第1外显子与第1内含子区域共发现3个SNP位点:c.-89 G/A、c.106 C/T和c.160-13 G/A,这表明绵羊
LALBA基因具有丰富的遗传多态性。c.106 C/T属于同义突变,虽不影响编码的氨基酸类型,但会导致基因DNA序列发生改变。与错义突变相比,大多数同义突变被认为是沉默的
[23]。然而,在驴催乳素受体基因上发现,同义突变可以显著影响日均泌乳量和乳蛋白率
[24]。本研究中c.-89 G/A和c.106 C/T基因型分布规律相似,仅F
2群体偏离了Hardy-Weinberg平衡(
P<0.05),这可能与F
2群体受到强烈的人工选择有关。F
2群体的遗传杂合度最高,可能是F
1群体随机交配造成的。湖羊的遗传多样性较低,群体内基因变异有限,频率分布不均匀,导致PIC结果处于低度多态(PIC<0.25),其他群体均为中度多态(0.25<PIC<0.5)。c.160-13 G/A位点未受到长期强烈的人工选择影响,因此4个群体中的基因型分布均符合Hardy-Weinberg平衡(
P>0.05)。
3.3 LALBA基因SNP对绵羊泌乳性能的影响
本研究中,c.-89 G/A和c.106 C/T位点的序列变异对乳脂率和乳糖率存在显著影响(
P<0.05),但对乳蛋白率无显著影响,这与ČÍTEK等
[25]的研究结果(
LALBA基因型对乳脂肪有显著影响,但对乳蛋白无显著影响)相近。本研究发现,c.-89 G/A、c.106 C/T均对乳糖率有显著影响,这可能是由于LALBA作为乳糖合成酶系统的一部分,其编码基因核苷酸序列的变异会导致LALBA蛋白质的空间构象和功能发生变化,从而影响了乳糖的合成
[26]。此外,c.160-13 G/A显著影响了乳的电导率和pH值(
P<0.05),这可能是因为碱基变异导致乳中各成分发生变化,进而影响其他溶质和矿物质离子的相对浓度,最终影响了乳汁电导率和pH值。乳脂是婴儿体脂积累必需的营养物质,且绵羊奶乳脂球半径较小,可减轻肠胃负担
[27-29];乳糖是维持乳腺上皮细胞内渗透压、调控乳汁分泌量的关键物质
[30-31],在肠道内可水解为葡萄糖和半乳糖,从而为低聚糖合成提供所需的底物
[32];pH可以影响乳的热稳定性
[33];电导率是检测乳房炎的指标之一。相较于pH和电导率,乳脂和乳糖含量对乳品质的影响更为关键。本研究中c.-89 G/A和c.106 C/T间呈连锁不平衡性,为关键位点,在育种中可利用这2个SNP位点定向改善绵羊乳品质,生产出更符合消费者需求的优质乳产品。
3.4 LALBA基因单倍型组合对绵羊泌乳性能的影响
由于单倍型携带的遗传信息较单个SNP更丰富
[34],因此单倍型组合分析可揭示非等位基因间的相互作用,有助于更好地解释表型性状的遗传机制
[35]。本研究结果表明,CCGG单倍型组合的乳脂率比TTAA组合高1.168%,TTAA单倍型组合的乳糖率比CCGG和CTGA组合分别高0.035%和0.030%。不同单倍型组合造成的乳脂率和乳糖率差异,是由多个位点协同作用、基因表达调控以及不同乳腺细胞生理功能差异等多种因素共同导致的。CCGG单倍型组合可能更有利于乳腺细胞摄取和利用脂肪酸合成乳脂,而TTAA单倍型组合可能对乳腺细胞摄取葡萄糖用于乳糖合成有促进作用。这些机制的深入研究,不仅有助于理解绵羊乳成分形成的遗传基础,还能为绵羊的精准遗传育种提供理论支撑。
4 结 论
在绵羊LALBA基因5' UTR区域、第1外显子区域和第1内含子区域各发现1个SNP位点,其中,c.-89 G/A和c.106 C/T影响了乳脂率和乳糖率,c.160-13 G/A与乳的电导率和pH值相关。单倍型分析结果显示,CCGG组合的乳脂率较高,TTAA组合的乳糖率较高。
甘肃省重点研发计划项目(25YFNA029)
甘肃省重点研发计划项目(25JRRA366)
国家自然科学基金项目(32472879)
国家自然科学基金项目(32402728)
甘肃省现代寒旱特色农业羊产业技术体系奶羊健康养殖岗位项目(GSARS02-05)
甘肃省现代寒旱特色农业种业攻关项目(ZYGG-2026-3)