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家禽MHC分子多态性与抗病育种

小编:

家禽MHC分子多态性与抗病育种

摘要:主要就家禽的组织相容性复合体(MHC)基因结构与多态性、与疾病的相关性以及抗病育种等方面进行了阐述,并提出了存在的问题和今后的研究方向。

关键词:家禽;MHC;分子多态性;抗病育种

中图分类号:S813.2文献标识码:A文章编号:0439-8114(2011)17-3480-03

Molecular Polymorphism of MHC and Disease Resistance Breeding of Poultry

ZHAO Shu-juan1,2,ZHOU Xu1,PANG You-zhi2,LU Wen-dong2,WANG Bo2

(1.College of Animal Science and Veterinary Medicine, Jilin University, Changchun 130062, China;

2.College of Animal Science and Technology, Henan Univrsity of Science and Technology, Luoyang 471003,Henan,China)

Abstract: MHC was an important immunity molecule which had obvious relativity with disease and could be inherited steadily. Research on molecular characteristic of poultry MHC was one important step for disease resistance breeding. MHC′s genetic structure and diversity, relativity with disease and disease resistance breeding were illustrated. And finally the problems and future research directions were also proposed.

Key words: poultry; MHC; molecular polymorphism; disease resistance breeding

主要组织相容性复合体(MHC)编码免疫系统中极为复杂且具高度多态性的一类细胞表面转膜蛋白即MHC抗原。MHC广泛存在于脊椎动物中,决定着动物的免疫排斥反应,在机体免疫系统中发挥着非常重要的抗原递呈作用[1]。家禽疫病的发生,可导致其生产性能下降、产品低劣、患病禽死亡等,从而造成巨大的经济损失,甚至影响人类健康。研究证实,MHC与许多疾病的抗性、易感性以及生产性状密切相关[2],因此,分析、鉴定并克隆出与疾病抗性相关的MHC基因,并开展多态性的研究,采用抗病育种的方法从家禽种质上提高其抗病性是从根本上控制家禽疫病的最佳途径。

1家禽MHC的分子结构与多态性

1.1MHC分子结构

家禽MHC分子首先是由一种血型被识别的,因此被命名为B复合物。根据MHC分子编码蛋白的类型,可将其分为3类:B-F、B-L、B-G,分别编码细胞表面的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅳ类糖蛋白,其中的B-F和B-L分别相当于哺乳动物的ClassⅠ类和ClassⅡ类基因,而B-G是禽类特有的基因位点,也称为Ⅳ类,在染色体上三者的排列顺序是B-G、B-F、B-L,B-L、B-F间紧密连锁,且来自于双亲一方,而B-G来自于另一方。鸡MHC的B-F、B-L、B-G已分别被克隆[3],其中B-F、B-L部分已被测序[4]。鸭、鹅和鹌鹑在这方面的研究相对较少,但也取得了初步的成果。林常有[5]克隆了鸭MHCⅠ类分子α2区基因,并用巢氏PCR检测到该基因在脑、心、肾、脾、肠和法氏囊中都有表达。贾晓晖等[6]首次克隆了五龙鹅的MHCⅠ基因序列,并用荧光定量PCR法检测到该基因在心、肝、脾、肺、肾、胸腺、法氏囊、脑、肌肉和胚胎中都有表达,在法氏囊中的表达量最多;基因组DNA由8个外显子和7个内含子组成。

B-F抗原由B-F位点编码,由α链和β2微球蛋白以非共价键组成,其中前者含有346个氨基酸残基,分α1、α2、α3、跨膜区和胞质区,由MHC类基因编码;β链游离于细胞外,非MHC基因编码。B-F抗原存在于所有的有核细胞,可在5~6 d的鸡胚中检出B-F抗原。

B-L抗原由B-L位点编码,具有丰富的多态性。有α和β两条链通过分别结合紧密的非共价键连接组成,分别含有229和237个氨基酸。B-L抗原存在于抗原递呈细胞表面,如法氏囊细胞、巨噬细胞等。

B-G抗原由B-G位点编码,为禽类所特有,仅存于鸡红细胞上。近来研究发现B-G抗原也参与一些组织相容性反应,可在免疫系统的非红细胞表达,如血小板、外周血B淋巴细胞、T淋巴细胞、法氏囊细胞、胸腺细胞等,并且在红细胞上B-G抗原量比B-F多几倍。

1.2MHC分子多态性 罗庆斌等[7]的研究表明,鸡MHC B-F基因外显子2和3 DNA序列的同源性均高于氨基酸的同源性。吴春梅[8]的研究表明,鸡B-F区基因外显子2共有264 bp,在67个北京油鸡和134个来航蛋鸡外显子2的碱基序列中分别发现了50和42个核苷酸变异位点,并分别引起31和25个氨基酸的变异,两个品种也均表现出核酸同源性高于氨基酸序列同源性。通过对两品种序列中突变位点的比较,发现36个SNP位点在两品种中出现,北京油鸡所特有的14个核苷酸突变中12个为有义突变;来航鸡特有的6个SNP位点中只有2个为有义突变。该结果表明了北京油鸡无论是在DNA分子水平还是氨基酸水平上,其多态性均高于来航蛋鸡。Hosomichi等[9]认为鹌鹑MHCⅡ类B基因组结构比鸡具有更大的灵活性和多样性。胡团军[10]进行多态性分析显示,鹅MHC I类分子存在高度多态性,等位基因之间的变异主要集中于α1和α2区,有14个氨基酸高置换位点,而α3区比较保守。

2家禽MHC与疾病抗性

MHC基因在抗原识别、免疫应答与调控、破坏外来抗原靶细胞方面起着重要作用。

2.1家禽MHC与病毒性疾病的抗性

Hansen等[11]最早证明了鸡MHC与马立克氏病(MD)遗传抗性的相关性,他用血清单倍型异质结合的B19 B21公鸡与同质结合的B19 B19、B21 B21母鸡交配,得到3种组合后代B19 B19、B21 B21 和B19 B21。人工感染马立克氏病毒(MDV)发现带B21血清单倍型的鸡抵抗力较强,其死亡率仅为B19单倍型携带者的50%。试验表明MHC I类区域的B21单倍型对马立克氏病有抗性,而B19单倍型对马立克氏病敏感;并认为B21和B19在抗MD上的差异与MHC的遗传基础有关。现已鉴定出许多与MD抗性相关的基因,如B21、BQ抗MD能力强,B2、B6、B14等有中等抗性,而B15、B19等易感。

鸡对Rous肉瘤(RS)的抗性与MHC也有关,B2 单倍型多表现出较强的抗性,而B5则易感。有些MHC基因对RS抗性呈互补性,如B1 B1、B3 B3对RS易感,而B1 B3则表现出较强的抗性;B23 B26也比纯合子B23 B23和B26 B26有更强的抗性,并报道B复合体与鸡传染性喉气管炎野毒株的抗性可能也有关[12]。李红霞等[13]报道,B2、B21单倍体的鸡对传染性法氏囊病疫苗有较好的免疫反应,B13和B19型鸡处于中间。Bacon等[14]首次发现B15单倍体鸡比B13、B21型鸡对传染性支气管炎病毒的抗性强。

2.2家禽MHC与细菌性疾病的抗性

Zhou等[15]进行了MHC B-F基因外显子2、3

中的分子标记与免疫性状的关联研究,结果表明鸡B-F基因外显子2、3中存在的SNPs与肠炎沙门氏菌的抗体应答存在着显著关联。

蜂窝织炎是一种与大肠杆菌联系最多的深层皮下组织水肿化脓性炎症,Macklin等[16]发现B21 B21蜂窝织炎比B13 B13和杂合子B13B21发生率高,但病变严重性与MHC无关。Lavi等[17]报道对大肠杆菌疫苗免疫应答水平高低不同的两个肉鸡品系的MHC I位点的基因也不同。Cotter等[18]报道鸡MHC与金黄色葡萄球菌病抗性有关,BQ BQ比B19 B19 或B21 B21抗性强。研究表明B-G基因与抗低剂量的禽霍乱多杀性巴氏杆菌的基因相连锁,而对高剂量感染的抗性与B-F/L有关[12]。

2.3MHC与疾病抗性的机制

目前关于MHC与疾病抗性的机制有四种解释。一是分子模拟假说,认为某些病原微生物的抗原与MHC基因编码抗原分子结构相似,因而机体在受这种病原体感染时不能识别而出现耐受性,不产生免疫应答,保护了病原微生物;或病原微生物刺激机体产生相应的抗体,损伤了与微生物具有共同抗原的组织细胞。二是非免疫竞争假说,认为MHC编码抗原与某些激素的细胞膜受体的分子结合部位相似,而非免疫性竞争结合激素。三wWw.LWlm.com是受体学说,认为细胞表面某种型别的MHC编码抗原可能是某些微生物受体,故对该种病原有特异亲和力。四是连锁不平衡学说,认为MHC并非是直接引起疾病的原因,而是与疾病的易感基因连锁不平衡有关。

3家禽MHC与抗病育种

近年来,家禽生产面临来自疫病的严重威胁,虽然生物制品、抗生素的应用等使疫病问题在一定程度上有所缓解,但疫苗和药品的使用只能控制疫病而不能根除疫病,只有培育遗传抗病的品种才是解决疾病的根本途径。畜禽的抗病特征早在20世纪30年代就已被育种学家所认知,但对于抗病力的研究远没有经济性状的选择提高快,可用于育种程序的抗病选择并不多,分子生物学理论和技术的快速发展,使得从分子水平上寻找抗病基因、研究抗病机理成为可能。国外已有许多育种者认识到MHC在抗病育种中的重要作用,并逐渐将育种目标转向适应性、抗病力上,培育出一些更适合现代养殖学要求的具有较好抗病力的新品种或品系,如俄罗斯于1996年育成抗MD新品种俄罗斯雪白鸡,该品种雏鸡适应性强,育雏温度为22~23 ℃,不存在MD病害,年产蛋潜力达250~310枚;美国先锋公司用抗一般不良环境的B2品系和幼雏生活力强的B14品系培育了生活力强的B18品系,用抗MD的B21品系和抗一般不良环境的B2品系培育了生活力强、抗MD的934E品系;美国海兰公司用B2和B21培育出抗病性强的W-36蛋用商品鸡品系;英国索恩伯公司用5年的时间使来航鸡每只年产蛋提高38枚,饲料消化率减少16%;英国罗斯育种公司培育出了抗白血病的A、B品系罗斯褐壳蛋鸡;抗性6倍于敏感系的抗球虫品系也已被培育出来[13]。

4问题与建议

MHC的突出特性与重要功能使其在免疫遗传学、群体遗传学和动物进化的研究中发挥着重要作用。对家禽MHC的研究,以鸡MHC较多,其他禽类研究较少。目前,虽然已经破译了禽类MHC分子的部分序列,并了解其功能,但MHC分子各个基因的具体功能及与其他基因的互作还不是很清楚,在今后的工作中,还要进一步加深对MHC结构、功能及其作用机理的研究与探讨。通过研究禽MHC而进行抗病育种,可以从直接选择和间接选择两个方面着手,直接选择主要是识别抗性基因型,对于单基因遗传病可进行分子检测,对于多基因遗传病则应进行数量性状基因座(QTL)定位或估测抗性遗传力;间接选择的关键是要找到与疾病或抗病力性状关联的标记基因或标记性状,这些标记可以是与疾病有关的候选基因或QTL,也可以是与免疫关联密切的MHC单倍型,从而有目的培育出抗病力强的品种,为家禽健康养殖奠定良好的基础。我国拥有丰富的地方禽种资源,如狼山鸡、乌骨鸡、北京鸭、狮头鹅、黄羽鹌鹑等,它们具有鲜明的地方特色,抗逆性强,是极其宝贵的抗病育种素材,我们可以充分利用这些资源研究禽MHC基因组的功能,进行分子设计、疫苗和药物的生产、基因功能的定位甚至序列功能的直接预测,这些工作将有着广泛的应用前景和发展空间。

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