導致荷蘭乳牛胚胎早期死亡的遺傳症

導致荷蘭乳牛胚胎早期死亡的遺傳症─單譜症

文／林德育

　　單譜症(DUMPS)，是尿核甞單磷酸鹽合成瓩缺乏症(Deficiency of Uridine Monophosphate Synthase)的簡稱，在荷蘭牛是一種導致胚胎早期死亡的致死性遺傳症。帶有隱性基因純合型的乳牛胚在母牛懷孕約40天左右時會死亡，但雜合型胚並無特殊的影響且外觀上表現正常。而純合型牛隻被稱為DUMP；帶有突變基因的雜合型則稱為DP；至於正常型牛隻則因檢測不到突變基因而稱為TD(Tested free of DUMPS)。尿核甞單磷酸鹽合成瓩是合成核甞酸時必需的重要物質。而純合型雙隱性的胚，因缺乏正常對偶基因，勢必缺乏該瓩的活性，因此胚的生長與發育終將停止而導致胚的死亡。在人類有一種相似的疾病叫 “Orotic aciduria”也是一種體染色體隱性遺傳症。在人類，控制尿核甞單磷酸鹽合成瓩合成瓩是位於人的第3對染色體，雜合型尿核甞單磷酸鹽合成瓩的活性亦僅為正常人的一半。雖然隱性純合子的胎兒仍可存活至出生，但其瓩的活性小於正常人的 5%。因此胚兒出生後，如果不給予外源性的核甞酸，尤其是尿嘧啶核甞酸，將會生長受阻、心智不全、巨紅血球症貧血乃至於死亡。人類胎兒得以在子宮內存活說明了母體循環可以提供所需的核甞，但是在牛方面，母體則無法提供，因此會導致胚胎死亡。

　　單譜症（DUMPS）的發現，源自美國伊利諾大學研究人員進行牛乳的清酸（Orotic acid）相關研究時的戲劇性發現。當時他們在不同日糧與泌乳期研究時，觀察到的牛群中有幾隻牛的乳中清酸濃度是正常牛的 5 至 10 倍濃度，並且在不同的泌乳間期及不同產次時均然。經過進一步的研究，這幾頭牛隻在泌乳期間的血中及尿液中亦有清酸的存在。清酸是生物合成核甞酸時的前驅物質，同時也是牛乳及其它反芻動物乳中的正常成份。因此研究人員提出了一個假說：「這些牛隻缺乏尿核甞單磷酸鹽合成瓩，這種瓩會代謝清酸，如果缺乏這種瓩，清酸就會累積下來」。而事實上，在依利諾大學的這幾頭牛紅血球中的尿甞單磷酸鹽合成瓩活性只有正常的一半，而且這幾頭牛經清查系譜都是來自同一頭的共同祖先(Skokie Sensation Ned)，這個共同祖先約有一半的後代有著相似的情況。更深入的研究證實了這些牛隻是雜合型牛隻，帶有一個致死基因。除了荷蘭乳牛已有單譜症雜合型牛被檢測出外，有關其它品種牛隻的探討仍有限，如美國娟姍牛的排行榜優良公牛群中並無所案例報告。在美國本土黑白花荷蘭牛的單譜症雜合型估計為1至2%，而這些牛隻全都是Skokie Sensation Ned的親屬。但是紅白花荷蘭牛的情形就較為嚴重，因為紅白花牛群中很多的牛隻是源自一頭廣受歡迎的紅白花公牛Needle-Lane Jon Red。這頭公牛歷經各酪農普遍使用後，在1989年才經由遺傳檢測，驗証出來是一頭雜合型公牛。由於美國公牛精液與胚胎輸出至全球各地，因此各國也可能會受至不同程度的波及，因為任何與雜合型公、母牛配種的牛隻，都有機會將此不良基因繁衍擴散於族群中。

　　有關單譜症遺傳型的例行性檢測判斷，可藉由檢驗分析紅血球尿核甞單磷酸鹽合成瓩活性。這個瓩會催化乳清酸轉變為尿核甞單磷酸，尿核甞單磷酸是所有核甞酸的前驅物質。雜合型的牛隻擁有正常量的一半的瓩活性。這個不同是由於基因的加成性的作用，正常型的牛隻帶有 2 個正常的基因，然而雜合型牛卻僅有一個基因，所以瓩的活性也只是正常量的一半。為更正確判定單譜症的遺傳型，科學家已研究出牛隻單譜症是由於尿核甞單磷酸鹽合成瓩基因的第405組遺傳密碼“CGA”的C突變為T，形成“TGA”，導致原可轉譯成尿核甞單磷酸鹽合成瓩碳端的第76個胺基酸“精胺酸”因突變而轉譯成終止訊號。尿核甞單磷酸鹽合成瓩是利用清酸為基質，來合成尿核甞單磷酸鹽。因此，突變的尿核甞單磷酸鹽合成瓩碳端就無法有效利用清酸，造成多餘的清酸蓄積於細胞與血液中，影響到細胞存活。此項單點突變可利用聚合瓩連鎖反應技術和限制瓩特性來檢測，德國Schwenger等人於1994年設計一組聚合瓩連鎖反應的引子套組(S9與S18)，檢測體外生產的牛胚之胚葉細胞，把產生的108bp DNA片段，經限制瓩AvaI分切後的片段型，可區分牛早期胚之遺傳型為正常型、雜合型或有病型(隱性純合型)。本所自八十七年即著手建立此遺傳症之檢測技術，並陸續對五個民間牧場(北部兩場及南部三場)的 1394頭荷蘭母乳牛DNA樣品及北部與東部地區參與 DHI計畫 50 戶牧場的 74 頭自留荷蘭乳牛小公牛DNA樣品進行檢測，結果僅在兩個民間牧場各檢出一頭雜合型牛，雜合型牛頻率為0.14%(2/1468)，顯示單譜症雜合型頻率在台灣乳牛不高，而台灣乳牛單譜症雜合型頻率低於國內外過去的報告所述之頻率，主要的原因可能是檢測時間的落差。由於畜產試驗所近年來推動乳牛不良遺傳基因的清除計畫，酪農戶與進口商也注意到精液目錄所標示的遺傳資訊，間接地使具有雜合型公牛精液受到進口的管制，以及開始淘汰國內自行生產的冷凍精液的雜合型公牛，與輔導酪農注意自留公牛的系譜，而使單譜症雜合型的頻率下降。

結語：台灣乳業以荷蘭乳牛品種為主，多數來自美國的血統，且大量地使用美國進口的冷凍精液，因此台灣的牛隻有可能帶有單譜症基因。本所曾利用美國荷蘭牛登錄協會的公牛群基因檢測結果，追蹤我國過去進口的冷凍精液血源，發現有0.98％(4000/409,467)的冷凍精液是來自一頭雜合型公牛SEGIS所製備的精液。根據1999年的八月份美國荷蘭牛協會出版的公牛名錄，前 100 名內的公牛完全沒有單譜症雜合型存在(Holstein Association USA, 1999)。我國實施與世界同步的牛群遺傳監控計畫是有其必要性，尤其當把具有雜合型母牛與配雜合型公牛精液時，會有1/4的胚是有病型，1/2的胚是雜合型，而僅有1/4的胚是正常型，那麼母牛的懷孕分娩率立即減少25%之多。因此，乳牛場的母牛要進行單譜症遺傳檢測，並建議予以淘汰雜合型母牛。在冷凍精液與冷凍胚的進口上，要求輸出國提供其應有單譜症遺傳資訊是否為正常型牛隻的精液與正常型的牛胚。因此，用單譜症基因檢測技術可協助酪農戶監控進口冷凍精液之遺傳品質，提供進行特定遺傳型組合之配種繁殖，以避免單譜症有害基因的潛在性經濟損失。