槟榔江水牛FSHR基因分离鉴定及其功能初步分析
Isolation and Identification of Binglangjiang Buffalo FSHR Gene and Preliminary Analysis on Its Function
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Keywords:
- Binglangjiang buffalo /
- FSHR /
- bioinformatic analysis /
- structure and function
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雏鸡运输是现代养鸡生产中重要的环节，运输过程中难以避免的运输应激可导致肉鸡动物福利降低、代谢紊乱和死亡率增加[1]。如何有效缓解运输应激对动物的影响是当前畜牧生产中面临的普遍问题。谷氨酰胺(Gln)可通过提高机体抗氧化应激功能来预防癌症、脂肪肝、心肌梗死和肠炎等疾病的发生[2-3]；基础饲粮中添加Gln可显著缓解应激对肉仔鸡[4]、蛋鸡[5]和鹅[6]等禽类的生理健康、生产性能以及养分消化代谢的影响。Gln作为少数几种能够促进激素分泌和提高免疫机能的必需氨基酸，具有剂量小和见效快的特点[7]，是满足雏鸡运输应激保护剂的理想条件。但运输前使用Gln对雏鸡运输应激的保护作用尚未明确，因此本试验通过运输前灌服不同质量分数的Gln，探究Gln对运输应激后肉仔鸡生长性能、血液激素水平以及抗氧化能力的影响，旨在为Gln在缓解雏鸡运输应激中的应用提供参考依据。
1. 材料与方法
1.1 试验动物选择与试验设计
试验采用单因子完全随机设计，选取健康AA初生肉用雏鸡300只，随机分成A、B、C、D和E 5个处理组，每组5个重复，每个重复12只。运输前A、B组口腔灌服1 mL生理盐水，C、D和E组分别按肉鸡体重口腔灌服1 mL质量分数为0.50、0.75和1.00 g/kg的Gln。随后B、C、D和E组雏鸡分别放在1个60 cm×48 cm专用运输箱中进行5 h的运输处理，运输箱内温度控制在29 ℃，湿度控制在60%，平均时速70 km/h，A组(CK)不做运输处理。5个处理组保持相同的温热条件和密度等饲养环境。
1.2 饲养管理
饲养试验在吉林农业大学动物饲养中心进行。饲养方式为笼养，试验日粮为肉仔鸡商品日粮(购自吉林森鹏饲料有限公司)，饲养期间鸡只自由采食及饮水，每天饲喂3次；舍内温度、湿度、光照及免疫均按AA肉鸡管理手册进行。
1.3 样品采集
5 h运输结束后，各组每个重复分别取6只AA肉仔鸡进行颈静脉采血，2 500 r/min离心15 min，制备血清，−20 ℃保存待测。
1.4 测定指标与方法
1.4.1 生长性能指标
出壳后运输5 h，试验第7和14天，对AA肉鸡进行空腹称重，计算平均日增重(ADG)。试验期间每天记录投料量和剩料量，用来计算平均采食量(ADFI)及料重比(F/G)。
1.4.2 血液指标测定
血清CORT、MDA、GSH-Px、SOD、ROS、ACTH、LDH和CAT均采用试剂盒测定，操作步骤按照试剂盒说明书进行，以上试剂盒均购买自上海酶联生物科技有限公司。
1.5 数据统计分析
试验数据采用IBM SPASS Statistic 20的一般线性模型进行方差分析，结果用“平均值±标准差”表示，P<0.05表示差异显著。
2. 结果与分析
2.1 运前灌服谷氨酰胺对运输应激后肉仔鸡生长性能的影响
如表1所示：5 h运输应激处理后，B组显著失重(P<0.05)，灌服不同质量分数Gln的C、D和E 3组体失重无显著变化。7日龄时，运输应激处理B组肉仔鸡平均日增重和平均采食量均显著低于对照组，但与B组相比，运前灌服不同剂量Gln肉仔鸡平均日增重和平均采食量则显著提高(P<0.05)，其中D组平均采食量恢复到了对照组水平；运输应激处理后，B组肉仔鸡料重比显著升高，但与B组相比运前灌服不同剂量Gln可使其得到改善，其中D组料重比达到了对照组水平。饲养到14日龄时，B、C组肉仔鸡平均日增重和采食量仍显著低于对照组，但D组已经与对照组无显著差异；而灌服不同质量分数Gln组料重比虽有所改善，但仍显著高于对照组。
表 1 运前灌服谷氨酰胺对运输应激肉仔鸡生长性能的影响Table 1. Effect of glutamine administration before transportation on the growth performance of broiler chickens after transportation stress处理
treatments运输5 h 后
5 hours after transportation7日龄
7 days of age14日龄
14 days of age初生重/g
birth weight体重/g
body weight失重/g
loss weight平均日增重/g
average daily gain平均日采食量/g
average daily
feed intake料重比
feed/weight gain平均日增重/g
average daily gain平均日采食量/g
average daily
feed intake料重比
feed/weight
gainA 42.99±0.91 42.51±0.84 0.48±0.17 b 17.21±0.97 a 22.37±0.13 a 1.30±0.04 b 28.37±1.04 a 44.54±1.13 a 1.57±0.06 c B 43.91±1.40 42.70±1.18 1.12±0.29 a 14.75±0.52 d 20.79±0.42 c 1.41±0.11 a 25.57±0.78 c 41.94±0.96 c 1.64±0.03 a C 43.68±0.86 42.90±0.79 0.78±0.20 b 15.38±0.37 c 21.39±0.37 b 1.40±0.23 a 26.38±0.71 b 42.72±0.46 b 1.62±0.06 b D 43.36±0.98 42.65±0.91 0.71±0.20 b 16.60±0.52 b 22.07±0.38 a 1.33±0.21 b 27.83±0.42 a 44.52±1.10 a 1.60±0.07 b E 43.08±0.84 42.25±1.01 0.83±0.17 b 15.59±0.37 c 21.51±0.51 b 1.38±0.19 a 27.26±0.35 a 44.88±0.88 b 1.61±0.03 b 注：A、B两组灌服1 mL生理盐水，C、D和E组分别以肉鸡体重0.50、0.75和1.00 g/kg的标准灌服1 mL Gln生理盐水溶液；同列数据标不同字母表示差异显著 (P<0.05)；下同。
Note: Groups A and B were given with 1 mL normal saline solution, while groups C, D and E were given with 1 mL Gln normal saline solution at 0.50, 0.75 and 1.00 g per kg body weight of chicks respectively; data in the same column with different letters indicate significant difference (P<0.05); the same as below.2.2 运前灌服谷氨酰胺对运输应激肉仔鸡血液激素水平的影响
如表2所示：5 h运输处理后B组肉仔鸡CORT和ACTH显著升高，但与B组相比运前灌服Gln会降低二者含量，灌服0.50 g/kg并无明显保护作用，灌服0.75和1.00 g/kg保护作用明显，但仍高于A组。
表 2 运前灌服谷氨酰胺对运输应激后肉仔鸡血液激素水平的影响Table 2. Effect of glutamine administration before transportation on the blood hormone levels of broilers after transportation stressng/mL 处理 treatments 血清皮质酮 CORT 肾上腺皮质激素 ACTH A 47.99±0.89 c 80.00±1.91 c B 59.54±0.92 a 89.80±2.19 a C 56.78±1.12 a 87.15±1.07 a D 54.33±0.92 b 83.76±2.06 b E 55.29±0.91 b 84.72±1.21 b 注/Note: CORT. corticosterone; ACTH. adrenal cortex hormone. 2.3 运前灌服谷氨酰胺对运输应激后肉仔鸡抗氧化功能的影响
如表3所示：与对照组相比，运输应激导致B组肉仔鸡血清MDA、ROS和LDH含量显著升高，但与B组相比运前灌服不同剂量Gln可降低其血清浓度，其中D组ROS水平与对照组无显著差异；运输应激会导致B组血液GSH-Px、SOD和CAT活性显著下降，运前灌服Gln可使其含量显著升高，其中D组与未运输A组差异不显著。
表 3 运前灌服谷氨酰胺对运输应激后肉仔鸡抗氧化功能的影响Table 3. Effect of glutamine administration before transportation on the antioxidant function of broilers after transportation stress处理
treatments丙二醛含量/
(nmol·mL−1)
MDA content活性氧含量/
(IU·mL−1)
ROS content乳酸脱氢酶含量/
(IU·mL−1)
LDH content谷胱甘肽过氧化物
酶活性/(ng·mL−1)
GSH-Px activity超氧化物歧化酶活性/
(ng·mL−1)
SOD activity过氧化氢酶活性/
(ng·mL−1)
CAT activityA 11.70±0.35 d 767.98±16.14 c 388.51±11.60 d 512.86±17.30 a 250.14±11.83 a 3.61±0.53 a B 15.43±0.29 a 1 063.02±13.20 a 580.79±8.19 a 357.90±16.03 c 100.88±4.28 c 1.73±0.56 c C 14.98±0.39 ab 901.25±16.71 b 528.49±9.29 bc 406.62±8.56 b 171.35±9.56 b 2.76±0.59 b D 12.81±0.30 c 804.65±22.36 bc 508.91±5.87 c 474.21±12.76 a 234.85±8.81 a 3.44±0.51 a E 12.81±0.30 c 899.2±21.03 b 543.49±7.83 b 404.23±14.84 b 166.10±2.75 b 2.82±0.48 b 注/Note: MDA. malondialdehyde; ROS. reactive oxygen species; LDH. lactate dehydrogenase; GSH-Px. glutathione peroxidase; SOD. superoxide dismutase; CAT. catalase. 3. 讨论
3.1 运前灌服谷氨酰胺对运输应激后肉仔鸡生长性能的影响
肉鸡发生应激时，机体增强对脂肪、碳水化合物和蛋白质等的分解代谢，即产生更多的能量用于抵抗应激，表现为热散发、心跳加快、呼吸加速和不停跑动等[8]；抵抗应激的营养物质消耗相当于减少了机体用于生长发育、增重和免疫完善的营养供给，进而间接地使鸡群的生产性能受到影响，表现出发育不良、成活率降低、增重速度减慢和饲料报酬降低[9]。本试验的运输应激处理也导致了同样的现象发生。Gln可防止胃肠道黏膜萎缩，促进机体对营养物质的吸收，有效保护支持肠道结构，减少消化道不良反应从而提高机体采食量来促进生长[10]；还可用来抵抗病原微生物侵袭，提高机体免疫力，减轻疾病发生率，保证动物的正常生长发育[11]；同时，Gln能通过提升生长激素水平来促进机体生产性能[12]。Gln能有效缓解应激反应且能够改善应激状态如热应激、低温应激和循环热应激下动物的生长性能[13]。DAI等[14]发现在日粮中添加1.0%~2.0% Gln可通过改善热应激状态下肉鸡的抗氧化能力来促进肉鸡的生长发育，在肉仔鸡早期日粮中添加适宜水平的Gln可以提高肉仔鸡采食量、日增重并降低料质量比。张柏林等[15]研究表明：饲粮添加Gln有利于促进肉鸡生长性能，这与本试验结果一致。本试验发现：遭受5 h运输处理后，雏鸡失重较高，而运前灌服Gln可显著缓解雏鸡失重情况，饲养到14日龄时，运输处理肉鸡的体重显著低于对照组，而灌服0.75 g/kg Gln的雏鸡可保持与对照组相近的体重，且提高运输应激雏鸡的采食量和平均日增重。
3.2 运前灌服谷氨酰胺对运输应激后肉仔鸡血液激素水平的影响
动物血液指标可反映动物体内物质代谢及组织器官的生理机能状况[16]。动物发生应激时，主要特征是增强神经内分泌反应，以下丘脑—垂体—肾上腺皮质激素增高为显著特征，所以CORT和ACTH水平是衡量应激反应的重要指标[17-18]。ACTH是肾上腺皮质活性的主要调节者，可用于评估肾上腺皮质功能，应激状态会使ACTH分泌升高。本研究发现：与对照组相比，Gln可以显著降低血液CORT和ACTH含量，运输前灌服Gln能够缓解运输应激对AA肉鸡血液中CORT和ACTH的影响，维持其稳定性。由此可见，Gln可调控肉鸡血液中的激素水平，有利于维持AA肉鸡血液中激素水平的稳定。
3.3 运前灌服谷氨酰胺对运输应激后肉仔鸡抗氧化功能的影响
Gln能够影响机体内GSH-Px、CAT和SOD活性，促进GSH合成，从而提高和维持机体内还原型GSH水平，GSH-Px活性可反映机体受氧化物侵害的程度[19]。CAT是黑素细胞内清除H2O2的主要酶，SOD可以阻止氧自由基对细胞导致的损伤，有效修复受损伤细胞，并恢复自由基导致的氧化损伤。本研究发现：运前灌服Gln可提高雏鸡体内GSH-Px、CAT和SOD活性。GSH-Px活性降低可导致自由基清除能力下降，自由基与脂质反应生成的MDA含量增多，间接反映机体受到氧化物侵害，MDA的存在会毒害细胞膜系统蛋白质和DNA，最终导致细胞膜的降解和细胞功能的丧失[20-21]。高含量ROS攻击肠道内皮细胞和肠上皮细胞的糖类、脂类、蛋白质和核酸，导致肠细胞氧化损伤。LDH是糖代谢中丙酮酸无氧酵解为乳酸的催化酶，血液中LDH含量升高说明热应激时机体无氧酵解过程加强[22]。在本试验中，与对照组相比，运输前灌服Gln可显著提高雏鸡血液中GSH-Px、SOD和CAT的活性，降低MDA、ROS和LDH含量，提高机体抗氧化能力。由此表明：Gln作为一种营养调控剂可以有效调节血液中氧化应激指标，保护家禽运输应激肠道氧化损伤。
4. 结论
5 h的运输应激显著降低肉仔鸡生长性能，导致血液激素水平以及抗氧化能力发生改变，运输前灌服Gln可有效缓解运输应激带来的影响，其中0.75 g/kg质量分数较适宜。
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图 1 槟榔江水牛FSHR基因RT-PCR产物
注：M. DNA相对分子质量标准DL2000；1. 样品编号。
Figure 1. RT-PCR product of the FSHR gene of Binglangjiang buffalo
Note: M. Marker-DL2000; 1. sample No.
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图 2 槟榔江水牛FSHR基因CDS序列与其对应的编码的氨基酸序列
注：下划线为信号肽序列；阴影部分为蛋白结构域：第17~50位氨基酸处为LRRNT，第67~245位氨基酸处为LRR重复单元，第282~349位氨基酸为GnHR_trans，第363~637位氨基酸为7tmA_FSH-R结构域。
Figure 2. Coding sequence and amino acids sequence of Binglangjiang buffalo FSHR gene
Note: Underline: signal peptide; shade area conserved domain: 17-50AA. LRRNT; 67-245AA. LRR repeats; 282-349AA. GnHR_trans; 363-637AA. 7tmA_FSH-R.
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图 3 槟榔江水牛FSHR跨膜结构图
Figure 3. Predicted transmembrane domains of Binglangjiang buffalo FSHR
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图 4 预测的槟榔江水牛FSHR蛋白二级结构
注：h、e、t和c分别代表α螺旋、延伸链、β转角和无规则卷曲。
Figure 4. The inferred secondary structure of Binglangjiang buffalo FSHR
Note: h, e, t and c represent alpha helix, extended strand, beta turn and random coil, respectively.
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图 5 槟榔江水牛FSHR蛋白三级结构
Figure 5. The deduced tertiary structure of Binglangjiang buffalo FSHR
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图 6 槟榔江水牛与其他物种FSHR氨基酸序列系统树
Figure 6. Phylogenetic tree based on FSHR amino acid sequences of Binglangjiang buffalo and other species
表 1 槟榔江水牛FSHR蛋白的理化特性分析
Table 1 Physicochemical properties of Binglangjiang buffalo FSHR protein
特性 characteristics 预测结果 prediction results 等电点 isoelectric point (IP) 6.86 分子量/ku molecular weight 77.8 负电荷残基数 negatively charged residues (Asp+Glu) 62 正电荷残基数 positively charged residues (Arg+Lys) 60 分子式 formula C3522H5536N922O992S38 不稳定系数 instability index (II) 43.57 平均疏水性 grand average of hydropathicity (GRAVY) 0.214 脂肪系数 aliphatic index (AI) 105.64 信号肽 signal peptide 氨基酸第1~17位：MALSLVALLAFLSLGSG 
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表 2 槟榔江水牛FSHR蛋白功能活性位点分析
Table 2 Functional active sites of Binglangjiang buffalo FSHR protein
功能位点 putative functional sites 位置及氨基酸组成 position and amino composition N-酰基化位点
N-myristoylation sites28~33:GVflCQ; 64~69:GAfsGF; 309~314:GQrvSL;
441~446:GCdaAG; 681~686:GSnyTL酪蛋白激酶II磷酸化位点
casein kinase II phosphorylation sites78~81:SqnD; 193~196:TqlD; 204~207:SnlE; 263~266:TlvE;
313~316:SlaE; 331~334:SefD; 564~567:SssDN-糖基化位点
N-glycosylation sites191~194:NGTQ; 199~202: NLSD;293~296:NKSM;
560~563:NITS; 683~686:NYTL蛋白激酶c磷酸化位点
protein kinase c phosphorylation sites249~251:TyR; 555~557:TvR;
596~598:SlK; 653~655:TyRcAMP与cGMP依赖性蛋白激酶磷酸化位点
cAMP and cGMP-dependent protein kinase phosphorylation sites282~285:RRqT;
324~330:Kgf.Dvm.Y
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表 3 槟榔江水牛与其他物种FSHR氨基酸序列一致性
Table 3 Homologous of FSHR amino acids sequences of Binglangjiang buffalo and other species
物种 species 水牛 buffalo 普通牛 cattle 牦牛 yak 山羊 goat 绵羊 sheep 野牛 bison 瘤牛 zebu 人 human 鼠 mouse 猫 cat 水牛 buffalo — 98.0 98.1 96.3 96.5 98 98.2 89.4 85.5 92.5 普通牛 cattle 2.0 — 98.7 97.3 97.6 99.4 99.4 90.1 86.7 93.4 牦牛 yak 1.9 1.3 — 97.5 97.7 98.9 99.0 89.4 86.3 93.6 山羊 goat 3.8 2.8 2.5 — 98.3 97.3 97.5 89.2 85.7 92.2 绵羊 sheep 3.5 2.5 2.3 1.7 — 97.6 97.6 89.4 86.3 93.6 野牛 bison 2.0 0.6 1.1 2.8 2.5 — 99.4 90.5 86.8 93.7 瘤牛 zebu 1.8 0.6 1.0 2.6 2.4 0.6 — 90.4 87.1 93.4 人 human 11.5 10.7 11.4 11.7 11.5 10.2 10.3 — 88.0 90.8 鼠 mouse 16.1 14.7 15.1 15.9 15.4 14.5 14.2 13.1 — 86.0 猫 cat 7.9 6.9 6.7 8.2 7.9 6.6 6.9 9.8 15.6 — 注：对角线以上数值表示一致性百分比，对角线以下数值表示代表分歧度。
Note: The values above diagonal line represent the identity percentage, and the values below the diagonal represent divergence.
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表 4 槟榔江水牛FSHR功能预测
Table 4 Prediction of FSHR function in Binglangjiang buffalo
功能分类 functional category 概率 probability 基因本体分类 gene ontology category 概率 probability 辅因子生物合成 biosynthesis of cofactors 0.030 转运 transporter 0.027 细胞被膜 cell envelope 0.038 离子通道 ion channel 0.037 细胞过程 cellular processes 0.027 阳离子通过 cation channel 0.010 中间代谢中枢 central intermediary metabolism 0.041 电压门控离子通道 voltage gated ion channel 0.006 能量代谢 energy metabolism 0.068 应激反应 stress response 0.009 脂肪酸代谢 fatty acid metabolism 0.016 免疫反应 immune response 0.016 嘌呤和嘧啶 purines and pyrimidines 0.070 生长因子 growth factor 0.078 转运和结合 transport and binding ≥0.827 转录调控 transcription regulation 0.103 信号转导 signal transducer 0.110 转录 transcription 0.221 结构蛋白 structural protein ≥0.172
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