遗传学最新研究进展_林麝分子遗传学研究进展

林麝分子遗传学研究进展

林麝Moschusberezovskii又名麝鹿、香獐，属偶蹄目Artiodactyla、麝 科Moschidae、麝属 Moschus，是目前养殖规模较大、数量最多的麝科动物之一。

雄麝香腺分泌的外激素——麝香在传统中药领域发挥着重要的作用[1-2]。由于国 际香料市场和医疗行业对麝香需求量的大增，人类“杀麝取香”和对其栖息地的严 重破坏，已使该物种野生种群数量急剧减少，现存麝类已面临濒危。目前，林麝 已被列人 CITES附录Ⅰ中，《中国濒危动物红皮书》将麝列为濒危或易危动物[3]。

我国1988年颁布的野生动物保护法将林麝列为国家二级保护动物，2002年又将其 提升为一级保护动物。麝的珍贵引起了许多生物学工作者的浓厚兴趣，在林麝的 生态学[4]、行为学[5]、分类学[6]、生理学[7]以及麝香的药理学与临床应用[8] 等方面开展了积极的探索。

近年来，随着现代生物技术的不断发展，细胞生物学、分子生物学等 新兴生物技术开始被不断地运用到林麝遗传育种工作中，为林麝的育种保护工作 注入新的活力。其中，以新兴发展起来的分子遗传标记技术最引人注目，分子遗 传标记的出现使基于此类标记的选择育种技术有了实现的可行性，显现出了巨大 的应用潜力。当前，分子遗传标记在林麝遗传育种中的应用主要体现在遗传分类、 人工繁育、泌香、疾病等方面。本文就分子遗传学在林麝研究中的应用现状做一 综述，并对后期研究进行了展望，以期为提高林麝的生产性能提供参考。

1林麝分子遗传标记 分子遗传标记是基于DNA差异进行个体或群体遗传多样性分析的有 力工具。常用于林麝遗传多样性分析的分子标记方法有AFLP，mtDNA，微卫星 DNA等。

AFLP技术在种群结构和差异的调查中起着非常重要作用[9]。陈轩 [10]根据AFLP分子标记的特点，以四川养麝研究所白沙养麝场21只林麝样品和金凤山养麝场14只林麝样品为材料，对2个种群的遗传多样性进行了比较分析，结 果发现四川养麝研究所白沙养麝场圈养的2个林麝种群均具有较高水平的遗传多 样性，但金凤山种群具有相对较高的遗传多样性。赵莎莎[11]利用相同的原材料 进一步检测了22对选择性引物组合，共获得了908个AFLP多态片段，结果证明了 麝香高产组在多态位点比率(PPL)上极显著高于参照组和低产组，在遗传多样性 水平上也有更高的整体竞争优势。

mtDNA是核外遗传物质，由于mtDNA的控制区富含A，T碱基，属于 遗传高变区，进化速度比其他区域快，多态性丰富，常被应用到野生动物群体遗 传多样性检测中。彭红元等[12]通过分析四川省3个本地种群中林麝mtDNA控制 区域582bp片段，发现94个变异位点，在109个个体中检测出27个单倍型，表明3 个群体间很少进行遗传交流，建议建立系谱以增加群体间基因的交流。2014年， 冯慧等[13]调查了陕西省林麝1个圈养种群3个野生种群mtDNAD-Loop632bp片段 的遗传多样性和种群结构，结果表明，陕西省林麝群体mtDNAD-loop区序列存在 着较丰富的变异和遗传多样性，凤县野生群体和凤县养殖场群体的核苷酸多样性 和单倍型多样较高，养殖场种群没有出现近亲繁殖及遗传多样性下降的情况。凤 县野生群体和凤县养殖场群体两者遗传分化较小，存在着较高的基因流水平。

微卫星DNA广泛分布与真核生物基因组中，具有多态性高、共显性 遗传、选择中性、易于操作等特点，是一种极具应用价值的分子遗传标记，由于 微卫星重复序列在群体间和不同的个体间通常表现出很高的序列变异性，并且这 种变异呈共显遗传，因而在微卫星重复序列广泛应用于物种遗传多样分析。2004 年，邹方东[14]运用微卫星标记法构建了3个林麝基因组微卫星富集文库，每个 文库含有上万个转化子。2005年，Zou等[15]又运用了改进的富集文库方式来分 离微卫星位点，获得了野生林麝的多态位点，结果发现70%的基因组文库为 (AC)_n文库，8个微卫星位点呈现高度多态性，可作为研究林麝的分子遗传标记。

2006年，夏珊[16]对构建林麝的微卫星文库筛选了6个多态性好的座位，并对林 麝的遗传多样性进行初步的分析，6个微卫星座位的多态信息含量(PIC)最低为 0.6214，最高为0.7984，说明这6个林麝微卫星座位具有高度多态性，进一步证明 了微卫星DNA是很好的分子遗传标记。

2林麝遗传分类研究 目前，对林麝的遗传分类有3种研究手段，分别为形态解剖学、细胞 遗传学和分子生物学。一种是根据外形、头骨和距骨的形态特点以及生态习性、 分布等认为麝确是一个独立物种[17]。陈服官等[18]根据林麝生物标本，再一次肯定了这种分类方法。林麝作为麝科动物一个亚种除了在形态解剖学上得到了明 确的肯定外，从细胞遗传学特征来看，也得到了有力的支持。细胞的染色体组型 和染色体带型都代表着种的特性，它为不同物种在分类研究和确定其在进化过程 中的位置提供了一个重要的依据。2004年，邹方东等[19]以林麝外周血淋巴细胞 为实验材料，首先建立了适合林麝淋巴细胞增殖的培养体系，并用培养出的细胞 制备染色体，确定林麝核型是2N=58，且全都是端着丝粒染色体，还首次应用染 色体G-带技术，对林麝染色体的G-带带型进行了研究，确定了林麝染色体是 2N=58，且全都是端着丝粒染色体，这与其他鹿科动物存在较大差异。结果表明， 从细胞遗传学角度将麝分为单独一科也是比较合理的。

随着分子生物学的发展，麝作为独立的科在分子水平上相继得到了印 证。Kuznetsova等[20]对鹿科家族成员和其他偶蹄动物的线粒体基因12S和 16SrRNA(2445bp)的序列和核β-spectrin基因(828bp)的区域进行分析，发现鹿科和 麝存在几个分子共源性特征。刘学东等 [21]则利用测得梅花鹿、坡鹿、原麝和 林麝的线粒体12SrRNA基因全序列，与GenBank中检索到的鼷鹿、长颈鹿和牛 12SrRNA基因全序列进行对比，分别应用ME，ML，MP方法重建系统树，发现3 种树拓扑结构一致，结果显示麝、鹿、牛、长颈鹿均各自为单系群，且麝作为一 个单系进化。此外，采用PCR技术和序列测定方法从线粒体DNA上得到367bp的 细胞色素b基因片段序列，分析其序列可得出在麝、獐、麂和鹿的系统进化中， 麝约在600万年前与鹿科分歧，而鹿科的3个亚科是在350～500万年前开始分歧， 表明麝可单独作为麝科[22]。张亮则采用克隆SRY基因的CDS区的方法，得到林 麝和马麝的SRY基因，对其进行分析显示，支持麝作为独立一科的观点[23]。2009 年，彭红元等[12]测定了林麝全线粒体序列，分别运用 MP，Baryes方法与其他 22种反刍亚目的动物相关基因序列进行系统进化分析，表明林麝与鹿科动物的亲 缘关系最为接近，并单独形成一支，在牛科和鹿科之前分化出来，为鹿科、牛科 互为姐妹群。2012年，冯慧等[13]从秦岭林麝的毛发样品中提取得到线粒体 DNACytb基因的部分序列，并对其进行序列分析，发现林麝、原麝、马麝、喜马 拉雅麝、黑麝是5种独立的种，林麝与原麝的亲缘关系最近，进一步弥补了现有 形态分类研究的不足，得到更有说服力的分析结果。截至目前，运用各种克隆方 法得到的林麝DNA序列，对其分析后发现其遗传学分类与形态解剖学、细胞遗 传学得到的结果是相同，对麝作为单独一个物种的结果进行了充分的肯定。

3林麝分子遗传学在人工繁育上的应用 经过50多年的发展，我国在林麝的人工繁育方面取得了不少优秀成果。但是，由于基础研究及资金等方面的问题，我国的圈养林麝规模一直徘徊在 6000 只左右[24]，并且在林麝养殖过程中出现的种群退化、后代抗病力下降等问题也 不断凸显，因此，加大对林麝的人工繁育研究，特别是基础研究工作力度显得尤 为重要。2004年，邹方东等[25]首次成功克隆了与林麝生殖相关的核β-A亚基成 熟肽序列，为林麝的人工繁育和麝资源的保护利用提供了相关基础资料。也有人 对俄罗斯西伯利亚地区、远东地区和萨哈林岛的麝进行遗传多样性分析，发现随 着栖息地的分裂，麝的近亲繁殖遗传多样性在不断上升，进而出现种群隔离现象 [26]。此外，岳碧松研究团队对四川省米亚罗、金凤、马尔康3个养殖场的林麝 进行微卫星分析，表明都是有效的群体规模，其遗传结构具有重要的保护意义， 并建议在林麝人工育种时应当充分考虑这种遗传结构[27]，这为林麝的选育工作 提供了新的认识。2013年，岳碧松研究团队再次对四川米亚罗地区人工繁育林麝 的多态性进行微卫星分析，发现由于引入新的血缘，林麝的杂合程度和遗传多样 性在不断增加[28]，为林麝的人工繁殖管理提供了一种新的方法。

4分子遗传学与林麝泌香的关系 获取麝香是保护林麝遗传资源的本质因素，提高麝香的产量，对林麝 泌香相关的研究已经从组织解剖水平深入到泌香分子机制的研究。陈轩[10]分析 了林麝AFLP的多态性与产香量的关系，筛选出34个在高产组和低产组间等位基 因频率分布有显著(P0.05)差异的标记位点，缩小了与产麝性能相关、能对个体形 状进行区分预测的分子标记验证范围，这为后续研究提供了一种分析泌香关联基 因可借鉴的方法。赵莎莎[11]则利用了选择性基因分型的方法，进行了微卫星标 记基因型与数量性状表型值间关系的分析，扫描了8个微卫星位点，并与林麝的 麝香产量相关性进行了分析，结果发现2个微卫星标记基因型与泌香性能有显著 的关系，表明在这些区域有影响泌香性能的QTL存在的可能性，这为林麝泌香性 能QTL定位提供了一定的理论依据，并为分子标记辅助选择研究提供了一定的参 考。此外，她还利用AFLP技术比较各引物组合在高产组、参照组和低产组样品 中的多态位点比率(PPL)差异，结果显示高产组参照组低产组(P0.01)，表明在生 存适合度上，高产组相对低产组具有遗传多样性水平更高的整体竞争优势，这个 结果也说明泌香能力这一性状并不是单基因控制的，而是跟个体整体遗传素质相 关，受多基因影响和调控的，根据标记座位分布的同质性检验结果，筛选出了34 个在高产组和低产组间有显著(P0.05)差异分布的标记位点，这些筛选出的标记位 点在高产组与低产组间的等位基因频率分布存在显著差异，可能会与影响泌香性 状的相关遗传因素(如控制麝香合成的基因位点、生长或激素调控的遗传因子、 免疫调控的遗传因子等)关联，从而为后续研究提供了优先检测的标记选择。白康[29]采用PCR-SSCP、测序分析等生物技术手段对雄性激素受体 (AR)基因外显子1，4，8进行研究，结果显示，AR基因外显子 1，4，8在所做样 本中不存在多态性，说明雄性林麝AR基因外显子(1，4，8)在林麝中具有高度保 守性。王勤等[30]克隆了调控林麝的繁殖和泌香的重要垂体激素FSH-β和LH-β基 因，这为开展林麝泌香过程中基因表达的关联分析提供了一定的理论依据。

5分子遗传学与林麝疾病相关分析 麝类疾病是长期阻碍林麝人工养殖发展的关键因素。随着分子生物学 的发展，分子遗传标记技术已经运用到林麝的疾病诊治过程中，这为寻找麝类疾 病起因，制定相应抗体提供了一种新的借鉴方法。罗燕等[31]对林麝肺源致病性 Escherichiacoli毒力基因进行了检测及鉴定，为进一步研究林麝肺源致病性E.coli 的致病机制奠定了基础，同时为防治林麝E.coli性肺炎提供了依据。2013年，邹 丹丹等[32]克隆和表达了林麝IL-1β基因，为其用于林麝疾病的防治奠定基础。李 灵等[33]以四川养麝研究所的115只林麝个体为对象，通过对MHCⅡ类经典的DR 和DQ座位的分离、遗传变异分析和化脓性疾病相关性的分析，揭示了林麝MHC Ⅱ基因多态性的维持机制及其与化脓性疾病的密切关系。周鑫等[34]为调查林麝 肺源致病性大肠杆菌O因子血清型以及相关耐药基因的流行状况，采用玻板凝集 反应法进行O因子血清型鉴定，同时用PCR方法检测耐药基因，发现29株菌皆携 带多种耐药基因，这对林麝临床科学合理用药有重要指导意义。

6问题及展望 6.1存在的问题 6.1.1林麝驯化程度低，对分子遗传工作的开展带来极大不便从1958 年以来，全国陆陆续续开展了林麝的驯化研究，并取得了一定的成果，其中包括 陕西镇坪、四川马尔康、重庆南川等养殖基地[35-37]。但由于科研经费有限及林 麝养殖效益等问题，驯化研究并没有持续，这造成了林麝的驯化程度很低。这给 林麝分子遗传研究过程中的样品采集、生产性能测定等工作带来极大不便，也给 林麝带来强烈的应激反应。强烈的应激反应不仅给实验数据的可靠性与稳定性造 成一定程度的影响，还对林麝自身的健康造成不利影响。

6.1.2林麝为一级保护动物且价格昂贵，限制了某些分子遗传相关工作 的开展林麝为国家一级珍稀濒危药用动物，不允许因为科学研究而对林麝有任何伤害，因此无法及时地采集林麝内脏进行深入的分子生物学相关研究，只能采集 林麝毛发、血液或因疾病死亡林麝的内脏，这给林麝分子遗传学相关研究带来了 不便。同时，由于林麝资源量有限，存在非常严重的炒种情况，目前每对林麝的 价格被炒到7万元，昂贵的种源成本大大降低了林麝产香的盈利能力，也大大提 高了林麝研究的成本，这种现象不仅严重阻碍了林麝分子遗传相关研究，而且不 利于整个林麝养殖产业的健康发展。

6.1.3相关科研人员稀缺，发展缓慢目前，相对与其他常见动物，从事 林麝相关工作的人员极少，主要分布在四川养麝研究所、重庆市药物种植研究所、 四川大学、华东师范大学、浙江大学、陕西动物研究所等科研院所，几乎没有进 行过林麝养殖行业的专题研讨及技术交流会。因此先进的分子生物学技术在林麝 上应用的时间相对靠后，这也大大地降低了林麝遗传学相关研究的进展。

6.2展望 6.2.1麝香资源奇缺是林麝分子遗传学研究开展的内在动力麝香具有 极高的药用价值，但由于麝香的产量极低，远远不能满足市场需求，这使得麝香 的价格长期维持在黄金的3倍左右，因此，提高麝香产量就成为了林麝养殖行业 的最重要目标。但由于林麝资源量极少且驯化程度低，传统遗传育种方法很难在 林麝上得到顺利开展，因此通过分子遗传学方法筛选麝香高产分子标记越来越成 为关注的焦点。

6.2.2新技术新方法的应用将大大加快林麝分子遗传学研究进展林麝 分子遗传学研究随着分子生物技术的不断进步已经取得了长足发展，DNA条形 码鉴定物种技术[38]、DNA分子性别鉴定技术[39]已成功运用在林麝遗传资源保 护与与繁育工作中。然而，相对于林麝如此丰富的遗传背景，仅靠分子生物学技 术远远不够，而且相关的研究成果得不到充分应用，因此有必要进一步了解林麝 的遗传结构，将传统研究方法和分子生物技术相结合，了解其遗传结构差异和特 征，进行针对性保护和利用。另外，为了促进人工养麝事业的发展，提高林麝种 群增长率和麝香产量，须继续加强对林麝的泌香性状、疾病抗性等表型的标记研 究，为实现标记辅助选择(MAS)，加速良种培育打下基础。

作者：竭航 郑程莉 王建明 封孝兰 曾德军 赵贵军 来源：中国中药 杂志 2015年22期