牛的遗传多样性

第11章 牛的遗传多样性

11．1 概述

牛属（Bos）共有7个现生牛种（taurina），即普通牛（Bos taurus）、瘤牛（Bos indicus）、爪哇牛（Bos bangteng或Bos javanicus）、〔牛曷〕牛（Bos gaurus）、牦牛（Bos grunniens）、野牛（Bos bison）和大额牛（Bos frontalis）。在这些牛的野生祖先中，Bos bison和Bos frontalis是野生类型，欧洲野牛（Bos bonasus）已灭绝，除美洲野牛仅有野生种之外，其他牛都有自己的已被驯化的后代。

我国牛属品种间和品种内的遗传多样性，特别是细胞和分子水平上的多样性研究是一个薄弱的环节，以往的工作主要集中在体型、外貌、生理指标、地理分布和生态条件等特点，以及历史文物资料等方面。在现有的工作中，也只是对黄牛的遗传多样性研究作了较多的工作。

在我国，黄牛是指除牦牛和水牛以外的所有家牛，属于偶蹄目（Artiodactia）牛科（Bovidae）牛属（Bos）中的牛种（taurina）（邱怀等 1986）。黄牛的起源、演化和分类一直受到畜牧学家的关注。许多学者认为黄牛的起源是多元的，可以归纳为3个系统：普通牛系即无峰牛（Bos taurus），印度牛系即有峰牛（Bos indicus），中间牛系或巴厘牛系（Bos javanicus或Bos bangteng）是封闭在印度尼西亚的爪哇和巴厘岛上的Bangteng牛小型化的有峰牛（Kikkawa 1995）。Bos taurus和Bos indicus的祖先原牛（Bos primigenius）是相似的。

中国黄牛一直被中外学者认为是瘤牛（有肩峰）与普通牛（无肩峰）的混血种。陈宏、邱怀等（1993）对我国一些黄牛Y染色体多态性的研究发现，南方黄牛在系统发育过程中受瘤牛的影响大，北方黄牛受普通牛的影响大，中原黄牛介于两者之间。陈幼春等（1990）根据6种血液蛋白多态性座位、体态特征和毛色等的研究认为，我国黄牛不但具有普通牛和瘤牛的混合血统，同时还含有位于印度尼西亚爪哇牛的血统，该血统主要分布在中国的岭南地区和东南沿海；另外，南方肩峰牛有可能源于与印度瘤牛不同的其他肩峰牛的祖先，而不单单是瘤牛。王毓英等（1991）在南阳牛中发现了TfA1基因，说明我国黄牛中可能还含有非洲瘤牛的血统。

看来我国黄牛起源复杂，其遗传基础非常丰富。同时由于我国地域辽阔，生态环境差异很大，适应不同生态环境的地方黄牛品种具有丰富的遗传多样性。中国地方黄牛是我国固有的，干百年来形成了能够适应当地的生态环境和社会经济状况的土著牛品种。我国现有地方黄牛品种28个，另外，还存在其他一些地方类群（或品种）（常洪 1988，1991；邱怀等 1986）。

在《中国黄牛品种志》中（邱怀等1986），中国的黄牛按照地理分布被分为北方黄牛、 __________________________

本章作者：聂龙，陈永久，兰宏，张亚平，文际坤，俞英，杨关福，张细权

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中原黄牛和南方黄牛三大类型。云南黄牛属于南方黄牛类型。一般认为云南黄牛和中原黄牛一样，起源于亚洲原牛（Bos taurus homadicus），在未驯化之前的进化过程中可能已有分化，同时又与瘤牛有一定的血缘关系，可能两者都参与了云南黄牛的形成。此外，云南还分布有起源尚未确定的大额牛（也叫独龙牛）。

云南黄牛从肩峰、垂皮来看，由南向北逐渐变小。滇南黄牛肩峰高，垂皮长，与瘤牛相似。滇东北黄牛与滇西北黄牛形态上则与普通黄牛较为接近，但肩峰仅是一个由结缔组织、皮下组织和脂肪等组成的组织实体，有峰牛和无峰牛在骨胳结构上并没有差异。肩峰的高低只能作为牛种鉴别的一个辅助参考指标，从形态上严格区分瘤牛和普通黄牛是很困难的（黄启昆等 1987）。

云南是我国生物多样性保存较好的地区，牛的数量丰富、品种众多，开展云南牛遗传多样性调查对牛资源的合理改良和利用有着重要的意义。

本文重点总结我们实验室近年来研究我国一些地方黄牛品种在染色体多态、血液蛋白质多态和线粒体DNA限制性片段长度多态等方面的遗传多样性进展。

11．2 牛的染色体多态

家畜的染色体研究始于本世纪20年代，1927年，Kralinger就已确定牛（Bos taurus）的染色体数目为2n＝60。很多学者对我国部分地方黄牛品种进行过一般核型、G带和Ag-NORs等方面的研究（单祥年 1980a，b；曾养志 1984；于汝梁等 1991；陈宏等 1993）。我国黄牛公牛核型为2n＝60，XY；母牛为2n＝60，XX。58条常染色体均为近端着丝粒染色体，X染色体为大的亚中着丝粒染色体。

研究发现，我国黄牛Y染色体形态具有明显的多态性，Y染色体着丝粒位置分别是中部（或亚中部）和近端。瘤牛（Bos indicus）为近端着丝粒Y染色体，普通牛（Bos taurus）为中部或亚中着丝粒Y染色体（Potter等 1979）。中国黄牛Y染色体呈现多态，说明中国黄牛含有瘤牛、普通牛的血缘。看来，Y染色体形态体现了牛种的特征，是黄牛品种的父系起源及类型研究的重要依据之一。

兰宏等（1993）对来自云南省昆明市牛羊肉类联合加工厂的15头黄牛、来自云南省贡山县独龙江地区的1头大额牛和来自昆明市西山区国营三家村农场的2头昆明黑白花奶牛进行了染色体核型研究。结果表明，Y染色体具有端着丝点和亚中着丝点两种类型。所有研究的黄牛的Y染色体都是端着丝点，未发现具有亚中着丝点Y染色体的黄牛。这一结果与冯蜀举等（1991 个人交流）的研究一致。但冯蜀举等根据Y染色体的研究认为，云南黄牛全部是瘤牛。这一结论显然值得商榷。蛋白质多态性的研究结果已证明云南黄牛同时具有瘤牛和普通黄牛的血统（陈幼春等 1990），只是以前形态分类和蛋白质研究都认为在云南黄牛中普通牛的血统是主要的，而mtDNA分析结果则提示在云南黄牛中瘤牛的血统可能是主要的（兰宏等 1993）。所有研究的黄牛都具有端着丝点Y染色体，而大额牛和昆明黑白花奶牛Y染色体则是亚中着丝点（表11-1）。

最近，文际坤、俞英等采用常规外周血淋巴组织培养、染色体核型、C带、G带和Ag-NORs对云南省文山黄牛、迪庆黄牛、德宏黄牛和德宏瘤牛的染色体进行比较研究，结果表明：4个云南地方牛种的常染色体及X染色体均无明显差异，但Y染色体的形态和C带具有多态性，

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每细胞Ag-NORs数也有一定变化。文山黄牛和德宏黄牛可能主要是瘤牛起源，迪庆黄牛可能主要是普通牛（Bos taurus）起源。

C带可以鉴别染色体上的结构异染色质，一般认为C带的分布和大小反映了结构异染色质的分布和含量，结构异染色质是一种能够促进核型进化的遗传物质。云南四地方牛种的58条常染色体着丝粒区均为C带阳性、臂均浅染，X染色体着丝粒区均为C带阴性。Y染色体多态性上文山黄牛有别于其他3种牛，其Y染色体着丝粒区C带阴性，而出现臂端插入异染色质。迪庆黄牛、德宏黄牛和德宏瘤牛整条Y染色体呈现弱阳性C带。因此，Y染色体的C带多态现象反映了文山黄牛在遗传进化中与其他3种牛存在一定的差异，其臂端特有的异染色质是否在该牛种的进化过程中起特殊作用还有待进一步研究。

银染技术是特异显示核仁组织者区的有效方法之一，核仁组织者区代表的是有活性的rRNA基因位点。我国黄牛Ag-NoRs数目除了在不同个体和不同品种间有一定的差别外，Ag-NORs分布的染色体也有变化。云南4种牛的每细胞Ag-NORs数的变化反映了它们在这一遗传特点上的差异。

11．3 同工酶和蛋白质多态性

由于现代遗传学和生物化学技术的发展，已有可能根据动物的某些基因频率去探索品种间的亲缘关系。自60年代开始，蛋白质电泳技术成为检测遗传变异的主要方法。目前，蛋白电泳技术作为遗传多样性及品种鉴定的研究手段之一，已经在家养动物中得到了广泛的应用，

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并取得了一系列有意义的结果。

黄牛（Bos taurus）的血液蛋白多态性研究工作在当今较为引人瞩目。中国农业科学院畜牧研究所（陈幼春等 1990）以6种血液蛋白位点26个等位基因频率以及Y染色体的形态特征，并结合表型特征、体型、毛色、体尺测量结果及中外历史记载和文物考证等，对中国20个主要黄牛品种进行了生化遗传学分析，为中国黄牛的起源和各品种的相互关系提供了重要资料。

但总的来说，近年来国内学者利用血液蛋白多态性对中国黄牛进行的研究一般仅选用少数几个多态座位。Gorman和Renzi（1979）认为，对于杂合度和遗传距离的计算，所检测的座位数目远比样本数目重要，座位数目越多（＞30），其可靠程度越高。

11．3．1 独龙牛的蛋白质多态性

独龙牛（Bos frontalis），又名“大额牛”，产于云南省西北部的贡山独龙族怒族自治县独龙江流域，是一种为数很少的半野生半家养的珍贵畜类（黄启昆等 1987）。由于独龙牛四肢下部全为白色，故当地俗称“白袜子”。据权威老人介绍，独龙牛饲养的历史有近200年，独龙江地区生产方式非常落后，牲畜的交配完全靠自然本交，但据当地的科技工作者多年来的调查，发现独龙牛和黄牛的交配是很难受孕的，故一般将独龙牛作为一个独立的种。过去国外的许多动物学家曾误认为独龙牛是印度野牛的家养型。独龙牛在国外仅分布于印度阿萨姆邦、东孟加拉和与中国云南省贡山县毗邻的缅甸北部钦邦等（曾养志等 1979）。到1993年底，贡山县独龙牛总存栏数达到396头，其中选出190头较优秀的集中繁殖，重点保护，其余分散饲养；福贡县独龙牛存栏头数达到54头，加上出售、屠宰及意外死亡头数，实际群体达到106头。独龙牛饲养量缅甸多于我国。

独龙牛常野牧于陡峭的山坡丛林之中，体质大，肉质细嫩，对恶劣的自然环境具有很好的抵抗能力，性情比野牛温驯，是有待进一步开发的宝贵的动物遗传资源。有关独龙牛的研究资料甚少，尤其在分子水平研究方面。在遗传多样性遭受毁灭性威胁的今天，从保护动物资源的角度上看，对独龙牛这一具有体壮、力大、耐寒、耐粗饲等特点的牛种进行遗传多样性的调查和评估的任务尤为迫切。

聂龙等（1995）运用水平淀粉凝胶蛋白质电泳技术，从酶基因的角度对独龙牛遗传多样性及其种群遗传结构进行了研究。该研究对分别来自云南省贡山县和福贡县的30头独龙牛群体进行了43个遗传座位的分析（表11-2）。通常用以衡量群体蛋白多态性的指标包括：多态座位百分比（P值）、平均杂合度（H值）和平均等位基因数（A值）（计算方法见Pasteur等 1990）。根据表现型推断基因型，并由此计算相应的基因频率和平均杂合度，结果见表11-3。LDH、MDH等40个座位都是单态，只在Tf、EST、Amy-Ⅰ等3个座位中发现多态。且Tf座位中，基因频率基本上相似，只有2个和4个个体分别发现D和E等位基因，其余24个个体带型皆一致。贡山和福贡独龙牛群体近年来虽然互无基因交流，但其同来自缅甸独龙牛群体，结合表11-3的数据，我们认为它们之间现在基本上无遗传隔离。

对蛋白多态性的研究表明，哺乳动物种内有一定水平的变异，其多态座位百分比和平均杂合度的平均值分别为P＝0.222，H＝0.050（Nevo等 1984），而一般大型走动的哺乳动物的H值则又相应略低。较低的H值反映出贡山和福贡独龙牛群体遗传结构单一，可能是其分别由小种群引种而来，受到所谓瓶颈效应（Bottleneck effect）的作用，并伴随有创立者事件（Founding event）的发生，使新的种群很难通过狭窄的通道——瓶颈而与原来的种群进行交

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流，因此具有较少的等位性或杂合性。独龙牛仅产于独龙江一带，其分布区域较为局限，遗传结构单调，H值较低（H＝0.0262），我们据此推测独龙江的独龙牛群体可能在历史上曾遭遇过严重的瓶颈效应。