影響乳牛乳量乳質之候選基因

國立屏東科技大學動物科學與畜產系  梁嘉琳、張秀鑾　

前 言

　　全球用於生產牛乳之品種可概分為俗稱溫帶牛之歐洲牛或特羅斯牛（Bos Taurus），以及俗稱熱帶牛之瘤牛或印地卡斯牛（Bos indicus）兩類；前者主要分布於北美與歐洲等溫帶國家，具有良好的生產效率，而後者則主要分布於氣候與飼養條件均較嚴苛的環境，以符合低投入低產出之生產模式。荷蘭牛起源於歐洲，屬溫帶牛種，是世界上第二古老品種。歷經百年來性能與系譜並重之改良，現已成生產效率最好且全球飼養頭數最多的第一大乳牛品種。娟姍牛則源於英倫海峽之ㄧ英國小島－娟姍島，其亦為古老乳牛品種之ㄧ。因娟姍牛種對環境適應性良好且耐粗食，故其分布甚廣，為第二大乳牛品種。牛乳含多種優質營養物質，如乳糖、乳蛋白質與鈣、磷離子等元素，為動物體內每日所需能量與營養來源。產乳性狀為乳牛重要經濟性狀，遺傳上雖屬多基因遺傳性狀，但因生物科技與電腦資訊的快速發展，基因選種已成為現代畜禽改良最快速且有效的育種策略之一，故可藉由產乳性能有利基因之選留，改進乳牛群之產乳效益。

乳牛產乳性狀之候選基因

　　哺乳動物之產乳性能屬多量微效基因控制性狀，雖有多篇研究報導影響乳量乳質性狀相關基因，但至今尚未證實乳牛產乳性狀之主效或準基因，可供標記輔助選拔用。目前已發表之影響乳牛產乳性狀候選基因已超過十種，包括細胞表面趨化因子受體Ⅰ（CXC Chemokine receptor1, CXCR1）、瘦體素（Leptin, LEP）、第一型二醯甘油醯基轉移?（diacylglycerol acyltransferase 1, DGAT1）、生長激素（growth hormone, bGH）以及信號傳導與轉錄活化因子5A（signal transducer and activator of transcription 5A）等多個基因。此外，粒線體DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）亦已證實對乳牛產乳相關性狀具顯著影響。因此，本文旨在簡介前述可能與台灣荷蘭牛乳量乳質相關之候選基因。

１. CXCR1 基因

牛細胞表面趨化受體因子Ⅰ（CXCR1）基因，又稱 interleukin 8 receptor（IL8R）基因，位於第二號染色體約 90.3 cM處，為 IL-8 於細胞表面之接受體。人類與牛之IL-8皆由嗜中性顆粒球細胞表面的兩個趨化因子受體（CXCR1或CXCR2）進行辨識，此受體為受感染動物嗜中性顆粒球發揮功能最需要之因子，其中CXCR1 為 IL-8之高親源性結合受體，負責引導血液中大量嗜中性顆粒球進入乳腺，故推測 CXCR1 基因可能為乳房炎抗性相關候選基因之一。研究報告指出，人類 CXCR1 基因具多個與發炎感受性有關之單核?酸多態性位點，而乳牛潛伏性與臨床性乳房炎易感性亦可能與此基因有關，其中以CXCR1-G735C位點多態性之影響最顯著。不論美國荷蘭牛或娟珊牛種，不同基因型母牛之臨床性乳房炎罹患率差異比較均未達顯著水準。然具CC基因型之美國荷蘭牛罹患潛伏性乳房炎頻率，則顯著地高於GC與GG基因型者。進一步比較各基因型母牛乳中體細胞數差異，結果不一致；此是否與不同產乳量牛群有關，仍待進一步驗證。

２. LEP 基因

　　瘦體素廣泛存在於動物體內，1994年美國洛克菲勒大學 Friedman 博士於肥胖老鼠身上發現控制瘦體素合成之主效基因，瘦體素（LEP）基因，又稱肥胖（obese, Ob）基因。牛LEP 基因定位於第四號染色體 32 cM處，近產乳相關之數量性狀基因座區，其不僅參與動物食慾、能量消耗與各組織間調控，且與養分組成、內泌素分泌，以及繁殖、免疫、造血與腎功能作用和血管生成等有關。研究報告顯示，瘦體素可能為前述激素誘導因子之一，其於懷孕初期時由乳腺脂肪細胞合成，經旁分泌作用，參與上皮細胞之增生和/或分化。牛隻 LEP 基因序列比對結果發現，乳牛與肉牛 LEP 基因具多個多態性位點，且顯著影響屠體、產肉、產乳與繁殖等性狀；其中第二外顯子多態性位點（C1180T）改變時，將導致轉譯後第 25 個胺基酸由精胺酸轉變為半胱胺酸，進而影響乳量與真乳蛋白質量（意即不含乳中非蛋白氮部分之乳蛋白質）。

３. DGAT1 基因

　　乳牛第一型二醯甘油醯基轉移?（DGAT1）基因位於牛第 14 號染色體上，鄰近乳脂率數量性狀基因座範圍。動物 DGAT 之主要功能為協助催化二醯甘油與脂肪酸以共價鍵鍵結轉變為三酸甘油酯，而細胞內TAG大多由單醯甘油或 3-磷酸甘油經多種酵素催化作用轉變而來。DGAT1 基因廣泛表現於各組織，包括乳腺組織，其第八外顯子第 10433 與第 10434 個雙鹼基突變，會導致轉譯後第 232 個胺基酸由離胺酸轉變為丙胺酸。同時，具雙鹼基突變之乳牛有顯著較高之乳量與乳蛋白質量，有助於乳牛群產乳性能之提升。

４. bGH 基因介紹

　　牛生長素（bGH）基因定位於第19號染色體長臂末端26 cM 位置，全長1800 bp，包括五個外顯子與四個內含子。生長素之作用係透過刺激肝臟分泌類胰島素生長因子Ⅰ進而達成促進生長之作用，其訊號傳導是藉由與生長素接受體與甲狀腺相關賀爾蒙協同作用，進而參與調節代謝過程。bGH可促進牛隻葡萄糖吸收、碳水化合物與脂肪分解、核酸與蛋白質合成，且具促進動物生長、增加產乳量、提高飼料轉換率與瘦肉率等功能。此外，bGH基因與乳牛產乳性能關係研究指出，具特定有利交替基因乳牛有較高乳量、乳脂量與乳蛋白質量之表現。

５. STAT5A 基因

　　1992年研究證實信號傳導與轉錄活化因子（STAT）基因家族轉譯之蛋白質具調控基因轉錄之功能，且為基因轉錄活化之重要輔助因子。STATs 可傳遞不同之生物訊息，包括干擾素、生長激素、介白素與?血球生成素等 40種以上之生物訊息因子，為構成細胞訊息傳遞網絡之重要成員之一。至2009年止，計已發現七個 STATs 家族成員，其中 STAT5A 與 STAT5B 基因的編碼序列相同，但轉譯後之蛋白質作用功能不同，故分別命名之。STAT5A 基因已定位於牛第 19 號染色體上，參與影響乳牛乳腺生長、產乳量與乳成分相關之基因轉錄作用，間接促進乳牛乳汁與乳成分合成。研究指出，STAT5A 基因第九內含子單核?酸多態性位點（A9501G）具 GG 基因型乳牛產乳量顯著較高於 AA 與 AG 基因型者，故 STAT5A 基因亦被視為改良乳牛產乳性能重要候選基因之一。

６. mtDNA

　　粒線體為真核細胞內重要胞器，為能量生成之主要場所，並參與脂肪酸與蛋白質的合成。粒線體有自己的一套遺傳控制系統，一般而言，後裔中粒線體源自雌親遺傳，而非雄親，此種遺傳方式稱為母系遺傳。粒線體DNA (mtDNA)為存在於細胞質內的基因組，其序列多態性在母系連鎖分析與核移置等研究中，已廣被用作細胞質內遺傳標記。mtDNA之粒線體增殖環區是一段未編碼，是主要控制粒線體轉錄與複製的區域，研究發現此區域具顯著影響乳牛乳脂量之數量性狀基因座，其中A169G變異點具高突變率，且已被證實G交替基因有增加乳牛產乳量之效應。

參考文獻