细胞质DNA对畜牧业生产性状的影响
2022-06-09
摘要：从细胞质DNA组成、细胞质DNA变化、异常突变的威胁和胞质DNA资源的利用等四个方面论述了细胞质DNA特殊性及对畜牧业生产性状的影响。
关键词：细胞质遗传;线粒体;DNA;变化;性状
中图分类号：Q343.3;S81 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）20-4777-03
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.001
Effects of Cytoplasmic DNA on Traits of Animal Husbandry Production
ZHENG Xin-min，BI Yan-zhen，HUA Zai-dong，ZHANG Li-ping，XIAO Hong-wei，REN Hong-yan，LI Li
（Hubei Academy of Agriculture Science/Hubei Key Lab of Animal Embryo and Molecular Breeding. Wuhan 430064，China）
Abstract： The specificity of cytoplasmic DNA and effects of the cytoplasmic DNA on traits of animal husbandry production were reviewed from four aspects including the composition of DNA from the cytoplasm， changes of cytoplasmic DNA， threats of abnormal cytoplasmic DNA and use of cytoplasmic DNA resources.
Key words： cytoplasmic inheritance; mitochondria; DNA; variation; trait
细胞质DNA是核染色质之外另一重要的遗传物质，它的异常突变已经影响到畜牧业生产，而且对人们的健康带来极大的威胁，特别是那些从核遗传中无法解开的谜团长期困扰着临床病人，也影响着畜牧业生产。仔细研究发现细胞质中的遗传物质（胞质DNA）是其根源所在，这些性状的遗传不遵循孟德尔遗传规律，而且多数是通过母系传给其子代，在子代中也表现不均一[1]，往往难以统计和分析，研究胞质DNA可为畜牧业品种改良提供新的技术和手段，以改善畜禽的生产性能[2]，同时也能从胚胎开始预防医学上的胞质病，使母源性胞质病在胚胎期清除病因，以根治这类疾病。
1 细胞质DNA的组成
细胞质是细胞的重要组成部分，它为细胞的代谢及繁殖提供全套服务，包括能量、环境、遗传信号的传递及细胞间信息的交换等。除了这些辅助性的功能之外，细胞质还有它自己的自主性功能——细胞质遗传因子，包括细胞器基因和非细胞器基因。前者为细胞内固有的遗传物质，包括线粒体、叶绿体、中心粒、动粒和膜体系中的基因，后者不是细胞内固有的遗传物质，有共生体和附加体基因。细胞器基因可以遗传给子代，通过其后代表现出不同的性状。细胞质遗传现象最早是Correns在紫茉莉及Baur在马蹄纹天竺葵的杂交试验中发现的[1]，其后在动植物中陆续发现了胞质遗传的普遍性，这一遗传的物质基础是胞质DNA，对动物来说，其主要组成为线粒体DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）[3]。哺乳动物线粒体DNA编码有13个酶，参与能量产生、氧化磷酸化、22tRNA和2个rRNA等代谢。尽管所有线粒体DNA的合成产物都在线粒体内部，但线粒体内的多数蛋白质是来源于核DNA指导合成的[4]。胞质DNA的突变或异常，可以影响生物体的许多性状，如生长发育、饲料利用率和机体健康等。
2 细胞质DNA的变异
线粒体很小，每个细胞里多少不等，差别较大，一般会有成百上千个线粒体[5]，即使添加7%～14%也不改变生物的性状[6]。林纯一等学者在动物试验中发现，如果卵细胞的线粒体DNA有75%～85%变异，就会出现线粒体病，但如果变异低于65%就不会发病。据此，研究人员认为，只要母亲卵子的线粒体DNA变异比例低于65%，线粒体病就不可能传给下一代。林纯一等学者指出，只要选择变异DNA比例很低的卵子和初期胚胎，就可以遏制胎儿患上线粒体病。因此，有必要开发新方法，以便帮助高风险群体选择线粒体DNA变异比例低的卵子，降低其后代患线粒体病的可能性[7]。在家畜上mtDNA参与调节新陈代谢和能量分配，它是家畜重要经济性状潜在的候选基因[8]。
关键词：细胞质遗传;线粒体;DNA;变化;性状
中图分类号：Q343.3;S81 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）20-4777-03
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.001
Effects of Cytoplasmic DNA on Traits of Animal Husbandry Production
ZHENG Xin-min，BI Yan-zhen，HUA Zai-dong，ZHANG Li-ping，XIAO Hong-wei，REN Hong-yan，LI Li
（Hubei Academy of Agriculture Science/Hubei Key Lab of Animal Embryo and Molecular Breeding. Wuhan 430064，China）
Abstract： The specificity of cytoplasmic DNA and effects of the cytoplasmic DNA on traits of animal husbandry production were reviewed from four aspects including the composition of DNA from the cytoplasm， changes of cytoplasmic DNA， threats of abnormal cytoplasmic DNA and use of cytoplasmic DNA resources.
Key words： cytoplasmic inheritance; mitochondria; DNA; variation; trait
细胞质DNA是核染色质之外另一重要的遗传物质，它的异常突变已经影响到畜牧业生产，而且对人们的健康带来极大的威胁，特别是那些从核遗传中无法解开的谜团长期困扰着临床病人，也影响着畜牧业生产。仔细研究发现细胞质中的遗传物质（胞质DNA）是其根源所在，这些性状的遗传不遵循孟德尔遗传规律，而且多数是通过母系传给其子代，在子代中也表现不均一[1]，往往难以统计和分析，研究胞质DNA可为畜牧业品种改良提供新的技术和手段，以改善畜禽的生产性能[2]，同时也能从胚胎开始预防医学上的胞质病，使母源性胞质病在胚胎期清除病因，以根治这类疾病。
1 细胞质DNA的组成
细胞质是细胞的重要组成部分，它为细胞的代谢及繁殖提供全套服务，包括能量、环境、遗传信号的传递及细胞间信息的交换等。除了这些辅助性的功能之外，细胞质还有它自己的自主性功能——细胞质遗传因子，包括细胞器基因和非细胞器基因。前者为细胞内固有的遗传物质，包括线粒体、叶绿体、中心粒、动粒和膜体系中的基因，后者不是细胞内固有的遗传物质，有共生体和附加体基因。细胞器基因可以遗传给子代，通过其后代表现出不同的性状。细胞质遗传现象最早是Correns在紫茉莉及Baur在马蹄纹天竺葵的杂交试验中发现的[1]，其后在动植物中陆续发现了胞质遗传的普遍性，这一遗传的物质基础是胞质DNA，对动物来说，其主要组成为线粒体DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）[3]。哺乳动物线粒体DNA编码有13个酶，参与能量产生、氧化磷酸化、22tRNA和2个rRNA等代谢。尽管所有线粒体DNA的合成产物都在线粒体内部，但线粒体内的多数蛋白质是来源于核DNA指导合成的[4]。胞质DNA的突变或异常，可以影响生物体的许多性状，如生长发育、饲料利用率和机体健康等。
2 细胞质DNA的变异
线粒体很小，每个细胞里多少不等，差别较大，一般会有成百上千个线粒体[5]，即使添加7%～14%也不改变生物的性状[6]。林纯一等学者在动物试验中发现，如果卵细胞的线粒体DNA有75%～85%变异，就会出现线粒体病，但如果变异低于65%就不会发病。据此，研究人员认为，只要母亲卵子的线粒体DNA变异比例低于65%，线粒体病就不可能传给下一代。林纯一等学者指出，只要选择变异DNA比例很低的卵子和初期胚胎，就可以遏制胎儿患上线粒体病。因此，有必要开发新方法，以便帮助高风险群体选择线粒体DNA变异比例低的卵子，降低其后代患线粒体病的可能性[7]。在家畜上mtDNA参与调节新陈代谢和能量分配，它是家畜重要经济性状潜在的候选基因[8]。