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摘要 选育具有无角性状的牛有利于规模化饲养管理，且可以消除断角带来的应激，进而提高经济效益，对养牛业发展具有重大意义。本文介绍了牛无角性状及相关基因的研究进展，以期为进一步的研究提供理论依据。
关键词 牛；无角性状；相关基因；研究进展
中图分类号 S823 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）12-0225-02
角是有蹄类哺乳动物自卫和争夺交配权的工具，为头部表皮及真皮特化形成的产物。自然界中哺乳动物存在5种角，即洞角、瘤角、鹿茸角、犀角、叉角羚角。牛角是由外角蛋白层和内含气腔的骨组成的洞角[1]。角对野生动物具有重要作用，然而在牛的集约化饲养管理中，角可能成为其相互撞击的工具，甚至会对管理人员造成一定的威胁。虽然在现代集约化牛饲养中可采取小牛去角的方法，但这给小牛带来不必要的应激，且违背了动物福利[2-4]。因此，探究在牛角形成过程中参与调控的基因及其表达机制对于养牛业的发展进步具有重要意义。本文从牛无角性状候选突变和无角性状基因转录与表达2个方面作一简单综述。
1 牛无角性状候选突变研究进展
Medugorac等[5]运用高通量测序、高密度SNP基因分型和PCR的方法分析了1 675头不同品种牛的无角性状与基因的关系，结果发现，在牛的无角性状基因座上存在至少2 个等位基因：在源自斯堪的纳维亚、英国、法国和南德国的牛品种中鉴定出一个被称为P202ID的202 bp插入缺失；与荷斯坦奶牛无角性状相关的突变包括5个候选突变（3个SNP：PG1654405A、PC1655463T、PC1768587A，2个InDel：P5ID、P80kbID）的260 kb单体型。Rothammer等[6]以5993头不同品种的牛为样本，利用高密度SNP基因分型和基因测序的方法，证明了存在于BTA1上的一个80 kb的DNA拷贝（P80kbID）是荷斯坦奶牛无角性状的唯一候选突变。Wiedemar等[7]通过高密度SNP基因分型方法把西门塔尔牛无角突变的关键区域精确到212 kb，并确定了包含荷斯坦奶牛无角突变的932 kb重叠区域；通过对BTA1上标记基因和位点区域差异表达的研究，发现了LOC100848215（仅在奶牛和水牛中的已知位点）在有角胎儿组织中的表达量比在无角胎儿组织中更高的现象，暗示其在角的形成过程中的必要作用。Carlson等[8]通过基因编辑技术将P202ID插入到荷斯坦奶牛胚胎基因组中，结果成功生产出无角荷斯坦奶牛。曾璐岚等[9]利用 PCR方法对93头无角夏南牛和20头有角夏南牛单倍型P202ID位点进行检测，发现了PC/PC、PC/Prs和Prs/Prs 3种基因型，分子鉴定表明，113头夏南牛的基因型与其角的性状（有角与无角）一致。Liang等[10]以10头有角牦牛和10头无角牦牛为样本，采用全基因组关联研究分析的方法，确定了1个与牦牛无角性状有关的200 kb的基因组区域。Liu等[11]通过对51头有角牦牛和50头无角牦牛进行测序和高分辨率溶解曲线分析，发现9个SNP位点与无角性状有关；Fisher′s精确检验和单体型分析显示，包含3个蛋白编码基因C1H21orf62、GCFC1和SYNJ1的147 kb片段是牦牛无角突变最可能的位置。Medugorac等[12]通过对蒙古牦牛进行基因分型和SNP位点分析，发现一段219 bp片段（P219ID）新的复制插入是导致蒙古Turano牛无角表型的原因。Chen等[13]以64头蜀宣花牛（48头有角，16头无角）为样本，采用PCR技术分析了该品种无角性状与所有3种已知突变（P202ID、P80kbID和P219ID）的联系，结果3种候选突变均在无角牛中被检测到，但存在1个无角个体不含任何候选突变，暗示了其他候选突变的存在。
2 牛无角性状基因转录和表达研究进展
Mariasegaram等[14]利用基因芯片技术比较无角牛和有角牛发育過程中基因的差异表达，结果未发现存在于已知无角性状基因座的BTA1精细定位区域中任何基因的差异表达。Allais-Bonnet等[15]使用高通量mRNA测序技术发现一个长链非编码RNA的异位表达可能是无角牛角芽发育不全的原因。赵娟花等[16]以5头有角和5头无角大通牦牛为样本，采用RT-PCR对C1H21orf62基因进行扩增、克隆及测序，发现该基因编码区全长662 bp，编码161个氨基酸；对C1H21-orf62蛋白进行生物信息学分析的结果显示，C1H21orf62是一种亲水性表面蛋白，含有13个潜在的磷酸化位点，但无跨膜域和N-端信号肽，其可能为表面蛋白；采用实时荧光定量PCR方法检测在有角、无角角芽组织中C1H21orf62基因的相对表达量，发现在有角牦牛角芽组织中C1H21orf62基因mRNA表达量极显著低于无角牦牛，推测C1H21orf62基因在牛角不同发育时期mRNA表达量不同。佘平昌等[17]以牦牛为样本，采用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR），对牛角性状候选基因少突胶质细胞转录因子1（OLIG1）、少突胶质细胞转录因子2（OLIG2）、干扰素α和β受体亚基1（IFNAR1）、干扰素α和β受体亚基2（IFNAR2）、1号染色体C21orf62同系物（C1H21orf62）、PAX3和PAX7结合蛋白1（GCFC1）、干扰素γ受体2（IFNGR2）、synaptojanin 1（SYNJ1）、白细胞介素10受体亚基β（IL10RB）、磷酸核糖甘氨酰胺甲酰转移酶（GART）、松弛素家族肽受体2（RXFP2）、叉头框L2（FOXL2）、扭曲家族bHLH转录因子1（TWIST1）、扭曲家族bHLH转录因子2（TWIST2）、锌指E-box结合同源框2（ZEB2）、E-钙粘蛋白（E-cadherin）和P-钙粘蛋白（P-cadherin）的mRNA在角基间及皮肤间的相对表达量进行了比较，结果表明，OLIG2和ZEB2在有角和无角牦牛角基间转录量差异极显著（P<0.01），可能是牛角性状的关键候选基因；TWIST1和IFNGR2在有角和无角牦牛角基间转录量差异显著（P<0.05），可能与ZEB2共同参与牛角的形成；P-cadherin基因在有角和无角牦牛角基间转录量差异显著（P<0.05），可能与牛角的发育有关。 3 展望
近年来，各国科学家用微卫星标记、SNP、基因表达研究等方法深入解析了与牛无角性状形成有关的基因片段及其作用机理，但由于控制无角性状的可能不只1对等位基因且具有等位基因异质性特点，其准确的遗传机制和表达模式还有待进一步探索。本文简要介绍了牛无角性状的研究进展，以期为进一步研究提供理论依据。因此，对牛无角性状的研究方向为探索不同品种牛产生无角性状间的相互联系，着重比较无角牛与有角牛角芽形成过程中 mRNA 的异位表达，同时注意蛋白质的变化差异。
4 致谢
感谢国家肉牛牦牛产业技术体系（CARS-37）支持。
5 参考文献
[1] 车文功，曾泽民，杨兰玉，等.中国美利奴羊（新疆型）无角类型的培育研究[J].西北农业学报，1997，6（1）：3-7.
[2] EMLEN D J.The evolution of animal weapons[J].Annual Review of Ecol-ogy，Evolution and Systematics，2008，39（1）：387-413.
[3] GRAF B，SENN M.Behavioural and physiological responses of calves to dehorning by heat cauterization with or without localanaesthesia[J].App-lied Animal Behaviour Science，1999，62（2/3）：153-171.
[4] 奚玉莲，韩浩园，陈宁博，等.牛羊角性状的分子遗传研究进展[J].家畜生态学报，2016，37（10）：6-8.
[5] MEDUGORAC I，SEICHTER D，GRAF A，et al.Bovine polledness—an autosomal dominant trait withallelic heterogeneity[J].PLoS ONE ，2012，7：39477.
[6] ROTHAMMER S，CAPITAN A，MULLAART E，et al.The 80 kb DNA duplication on BTA1 is the only remaining candidate mutation for the polled phenotype of Friesian origin[J].Genetics Selection Evolution，2014，46（1）：44.
[7] WIEDEMAR N，TETENS J，JAGANNATHAN V，et al.Independent polled mutations leading to complex gene expression differences in cattle[J].PLoS ONE，2014，9（3）：93435.
[8] CARLSON D F，LANCTO C A，ZANG B，et al.Production of hornless dairycattle from genome-edited cell lines[J].Nat Biotechnol，2016，34（5）：479-481.
[9] 曾璐岚，郝新兴，祁兴磊，等.夏南牛无角性状的分子鉴定技术及应用[J].中国牛业科学，2017，43（4）：27-29.
[10] LIANG C，WANG L，WU X，et al. Genome-wide association study ide-ntifies loci for the polled phenotype in yak[J].PLoS ONE，2016，11（7）：158642.
[11] LIU W B，LIU J，LIANG C N，et al.Associations of single nucleotide po-lymorphisms in candidate genes with the polled trait in Datong domestic yaks[J].Anim Genet，2014，45（1）：138-141.
[12] MEDUGORAC I，GRAF A，GROHS C，et al.Whole-genome analysis ofintrogressive hybridization and characterization of the bovine legacy of Mongolian yaks[J].Nat Genet，2017，49（3）：470-475.
[13] CHEN S Y，LIU L，FU M，et al.Simultaneous introgression of three PO-LLED mutations into a synthetic breed of Chinese cattle[J].PLoS One，2017，12（10）：186862.
[14] MARIASEGARAM M，REVERTER A，BARRIS W，et al.Transcription profiling provides insights into gene pathways involved in horn and scurs development in cattle[J].BMC Genomics，2010，11：370.
[15] ALLAIS-BONNET A，GROHS C，MEDUGORAC I，et al.Novel insights into the bovine polled phenotype and horn ontogenesis in Bovidae[J].PloS One，2013，8（5）：63512.
[16] 趙娟花，梁春年，裴杰，等.牦牛C1H21orf62基因的克隆、生物信息学及表达分析[J].广东农业科学，2015，42（5）：98-102.
[17] 佘平昌，吴晓云，梁春年，等.牦牛角性状候选基因的筛选[J].畜牧兽医学报，2016，47（6）：1147-1153.
关键词 牛；无角性状；相关基因；研究进展
中图分类号 S823 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）12-0225-02
角是有蹄类哺乳动物自卫和争夺交配权的工具，为头部表皮及真皮特化形成的产物。自然界中哺乳动物存在5种角，即洞角、瘤角、鹿茸角、犀角、叉角羚角。牛角是由外角蛋白层和内含气腔的骨组成的洞角[1]。角对野生动物具有重要作用，然而在牛的集约化饲养管理中，角可能成为其相互撞击的工具，甚至会对管理人员造成一定的威胁。虽然在现代集约化牛饲养中可采取小牛去角的方法，但这给小牛带来不必要的应激，且违背了动物福利[2-4]。因此，探究在牛角形成过程中参与调控的基因及其表达机制对于养牛业的发展进步具有重要意义。本文从牛无角性状候选突变和无角性状基因转录与表达2个方面作一简单综述。
1 牛无角性状候选突变研究进展
Medugorac等[5]运用高通量测序、高密度SNP基因分型和PCR的方法分析了1 675头不同品种牛的无角性状与基因的关系，结果发现，在牛的无角性状基因座上存在至少2 个等位基因：在源自斯堪的纳维亚、英国、法国和南德国的牛品种中鉴定出一个被称为P202ID的202 bp插入缺失；与荷斯坦奶牛无角性状相关的突变包括5个候选突变（3个SNP：PG1654405A、PC1655463T、PC1768587A，2个InDel：P5ID、P80kbID）的260 kb单体型。Rothammer等[6]以5993头不同品种的牛为样本，利用高密度SNP基因分型和基因测序的方法，证明了存在于BTA1上的一个80 kb的DNA拷贝（P80kbID）是荷斯坦奶牛无角性状的唯一候选突变。Wiedemar等[7]通过高密度SNP基因分型方法把西门塔尔牛无角突变的关键区域精确到212 kb，并确定了包含荷斯坦奶牛无角突变的932 kb重叠区域；通过对BTA1上标记基因和位点区域差异表达的研究，发现了LOC100848215（仅在奶牛和水牛中的已知位点）在有角胎儿组织中的表达量比在无角胎儿组织中更高的现象，暗示其在角的形成过程中的必要作用。Carlson等[8]通过基因编辑技术将P202ID插入到荷斯坦奶牛胚胎基因组中，结果成功生产出无角荷斯坦奶牛。曾璐岚等[9]利用 PCR方法对93头无角夏南牛和20头有角夏南牛单倍型P202ID位点进行检测，发现了PC/PC、PC/Prs和Prs/Prs 3种基因型，分子鉴定表明，113头夏南牛的基因型与其角的性状（有角与无角）一致。Liang等[10]以10头有角牦牛和10头无角牦牛为样本，采用全基因组关联研究分析的方法，确定了1个与牦牛无角性状有关的200 kb的基因组区域。Liu等[11]通过对51头有角牦牛和50头无角牦牛进行测序和高分辨率溶解曲线分析，发现9个SNP位点与无角性状有关；Fisher′s精确检验和单体型分析显示，包含3个蛋白编码基因C1H21orf62、GCFC1和SYNJ1的147 kb片段是牦牛无角突变最可能的位置。Medugorac等[12]通过对蒙古牦牛进行基因分型和SNP位点分析，发现一段219 bp片段（P219ID）新的复制插入是导致蒙古Turano牛无角表型的原因。Chen等[13]以64头蜀宣花牛（48头有角，16头无角）为样本，采用PCR技术分析了该品种无角性状与所有3种已知突变（P202ID、P80kbID和P219ID）的联系，结果3种候选突变均在无角牛中被检测到，但存在1个无角个体不含任何候选突变，暗示了其他候选突变的存在。
2 牛无角性状基因转录和表达研究进展
Mariasegaram等[14]利用基因芯片技术比较无角牛和有角牛发育過程中基因的差异表达，结果未发现存在于已知无角性状基因座的BTA1精细定位区域中任何基因的差异表达。Allais-Bonnet等[15]使用高通量mRNA测序技术发现一个长链非编码RNA的异位表达可能是无角牛角芽发育不全的原因。赵娟花等[16]以5头有角和5头无角大通牦牛为样本，采用RT-PCR对C1H21orf62基因进行扩增、克隆及测序，发现该基因编码区全长662 bp，编码161个氨基酸；对C1H21-orf62蛋白进行生物信息学分析的结果显示，C1H21orf62是一种亲水性表面蛋白，含有13个潜在的磷酸化位点，但无跨膜域和N-端信号肽，其可能为表面蛋白；采用实时荧光定量PCR方法检测在有角、无角角芽组织中C1H21orf62基因的相对表达量，发现在有角牦牛角芽组织中C1H21orf62基因mRNA表达量极显著低于无角牦牛，推测C1H21orf62基因在牛角不同发育时期mRNA表达量不同。佘平昌等[17]以牦牛为样本，采用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR），对牛角性状候选基因少突胶质细胞转录因子1（OLIG1）、少突胶质细胞转录因子2（OLIG2）、干扰素α和β受体亚基1（IFNAR1）、干扰素α和β受体亚基2（IFNAR2）、1号染色体C21orf62同系物（C1H21orf62）、PAX3和PAX7结合蛋白1（GCFC1）、干扰素γ受体2（IFNGR2）、synaptojanin 1（SYNJ1）、白细胞介素10受体亚基β（IL10RB）、磷酸核糖甘氨酰胺甲酰转移酶（GART）、松弛素家族肽受体2（RXFP2）、叉头框L2（FOXL2）、扭曲家族bHLH转录因子1（TWIST1）、扭曲家族bHLH转录因子2（TWIST2）、锌指E-box结合同源框2（ZEB2）、E-钙粘蛋白（E-cadherin）和P-钙粘蛋白（P-cadherin）的mRNA在角基间及皮肤间的相对表达量进行了比较，结果表明，OLIG2和ZEB2在有角和无角牦牛角基间转录量差异极显著（P<0.01），可能是牛角性状的关键候选基因；TWIST1和IFNGR2在有角和无角牦牛角基间转录量差异显著（P<0.05），可能与ZEB2共同参与牛角的形成；P-cadherin基因在有角和无角牦牛角基间转录量差异显著（P<0.05），可能与牛角的发育有关。 3 展望
近年来，各国科学家用微卫星标记、SNP、基因表达研究等方法深入解析了与牛无角性状形成有关的基因片段及其作用机理，但由于控制无角性状的可能不只1对等位基因且具有等位基因异质性特点，其准确的遗传机制和表达模式还有待进一步探索。本文简要介绍了牛无角性状的研究进展，以期为进一步研究提供理论依据。因此，对牛无角性状的研究方向为探索不同品种牛产生无角性状间的相互联系，着重比较无角牛与有角牛角芽形成过程中 mRNA 的异位表达，同时注意蛋白质的变化差异。
4 致谢
感谢国家肉牛牦牛产业技术体系（CARS-37）支持。
5 参考文献
[1] 车文功，曾泽民，杨兰玉，等.中国美利奴羊（新疆型）无角类型的培育研究[J].西北农业学报，1997，6（1）：3-7.
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[3] GRAF B，SENN M.Behavioural and physiological responses of calves to dehorning by heat cauterization with or without localanaesthesia[J].App-lied Animal Behaviour Science，1999，62（2/3）：153-171.
[4] 奚玉莲，韩浩园，陈宁博，等.牛羊角性状的分子遗传研究进展[J].家畜生态学报，2016，37（10）：6-8.
[5] MEDUGORAC I，SEICHTER D，GRAF A，et al.Bovine polledness—an autosomal dominant trait withallelic heterogeneity[J].PLoS ONE ，2012，7：39477.
[6] ROTHAMMER S，CAPITAN A，MULLAART E，et al.The 80 kb DNA duplication on BTA1 is the only remaining candidate mutation for the polled phenotype of Friesian origin[J].Genetics Selection Evolution，2014，46（1）：44.
[7] WIEDEMAR N，TETENS J，JAGANNATHAN V，et al.Independent polled mutations leading to complex gene expression differences in cattle[J].PLoS ONE，2014，9（3）：93435.
[8] CARLSON D F，LANCTO C A，ZANG B，et al.Production of hornless dairycattle from genome-edited cell lines[J].Nat Biotechnol，2016，34（5）：479-481.
[9] 曾璐岚，郝新兴，祁兴磊，等.夏南牛无角性状的分子鉴定技术及应用[J].中国牛业科学，2017，43（4）：27-29.
[10] LIANG C，WANG L，WU X，et al. Genome-wide association study ide-ntifies loci for the polled phenotype in yak[J].PLoS ONE，2016，11（7）：158642.
[11] LIU W B，LIU J，LIANG C N，et al.Associations of single nucleotide po-lymorphisms in candidate genes with the polled trait in Datong domestic yaks[J].Anim Genet，2014，45（1）：138-141.
[12] MEDUGORAC I，GRAF A，GROHS C，et al.Whole-genome analysis ofintrogressive hybridization and characterization of the bovine legacy of Mongolian yaks[J].Nat Genet，2017，49（3）：470-475.
[13] CHEN S Y，LIU L，FU M，et al.Simultaneous introgression of three PO-LLED mutations into a synthetic breed of Chinese cattle[J].PLoS One，2017，12（10）：186862.
[14] MARIASEGARAM M，REVERTER A，BARRIS W，et al.Transcription profiling provides insights into gene pathways involved in horn and scurs development in cattle[J].BMC Genomics，2010，11：370.
[15] ALLAIS-BONNET A，GROHS C，MEDUGORAC I，et al.Novel insights into the bovine polled phenotype and horn ontogenesis in Bovidae[J].PloS One，2013，8（5）：63512.
[16] 趙娟花，梁春年，裴杰，等.牦牛C1H21orf62基因的克隆、生物信息学及表达分析[J].广东农业科学，2015，42（5）：98-102.
[17] 佘平昌，吴晓云，梁春年，等.牦牛角性状候选基因的筛选[J].畜牧兽医学报，2016，47（6）：1147-1153.