加拿大杂交肉牛肉色性状的遗传参数与基因组解析

本研究针对肉牛育种中肉色性状测量困难且成本高的问题，通过基因组分析揭示了加拿大杂交肉牛L、c和Hu三种肉色性状的遗传规律。研究发现这些性状具有中等至高度遗传力（0.44-0.57），并鉴定出GNPDA2、MMP2等关键基因主要参与能量代谢通路，为分子育种提供了重要靶点，对提升肉类品质具有重要实践意义。

　　

在肉类消费市场，牛排的色泽往往是消费者判断肉质新鲜度和品质的首要指标。一块呈现鲜亮樱桃红色的牛排总能迅速吸引消费者的目光，而色泽暗淡的肉品则容易遭遇市场冷遇。这种视觉判断背后，其实涉及复杂的生物化学过程——肌红蛋白的氧化状态、肌细胞内脂质氧化程度以及肌肉pH值变化等共同决定了肉类的最终呈色。对于畜牧业而言，培育具有稳定优良肉色性状的肉牛品种一直是产业重要目标，然而传统育种方法面临巨大挑战：肉色性状测量需要屠宰后测定，既难以重复测量又成本高昂，更重要的是这种"后屠宰性状"无法在活体上进行选择。

正是在这样的产业背景下，由Marcos Claudio S. Virtuoso领衔的研究团队在《Canadian Journal of Animal Science》上发表了一项突破性研究，利用基因组学工具为肉牛肉色性状的遗传改良提供了新思路。研究人员将目光投向加拿大杂交肉牛群体，试图解析控制肉色性状的遗传基础，通过基因组选择方案实现活体早期选种，从而加速遗传进展。

研究团队采用了多种关键技术方法开展此项研究。他们收集了加拿大杂交肉牛的样本队列，通过分光测色法精确测量了肉色参数L(明度)、c(彩度)和Hu(色调角)。利用基因芯片技术获取全基因组单核苷酸多态性(SNP)数据，采用限制性最大似然法(REML)进行遗传参数估计，并通过基因组关系矩阵构建动物模型。在全基因组关联分析(GWAS)中，研究人员使用窗口分析方法鉴定显著SNP区域，并利用生物信息学工具对候选基因进行功能注释和通路分析。

遗传参数估计揭示肉色性状遗传特征

通过基于基因组关系的动物模型分析，研究团队获得了三个肉色性状的精确遗传参数估计。明度(L)的遗传力为0.44，属于中等遗传力性状；彩度(c)的遗传力较低，为0.20；而色调角(Hu)表现出高度遗传力，达到0.57。特别值得注意的是，L^*和Hu之间存在极高的表型相关(0.86)和遗传相关(0.98)，表明这两个性状受相似的遗传机制控制，这为多性状协同选择提供了理论基础。

全基因组关联分析鉴定显著基因组区域

GWAS分析共发现30个与L相关的SNP窗口、24个与c相关的SNP窗口以及25个与Hu相关的SNP窗口，每个窗口解释超过0.5%的加性遗传方差。这些显著窗口共同解释了超过20%的遗传方差，表明肉色性状受到多个中效基因的共同控制，符合数量性状的遗传特征。

候选基因筛选与功能解析

研究人员鉴定出一系列与肉色性状相关的候选基因。对于L性状，最显著的候选基因包括GNPDA2(葡萄糖胺磷酸变位酶2)、CALCRL(降钙素受体样受体)、CALM1(钙调蛋白1)、KIT(干细胞因子受体)、PRKN(帕金蛋白)和PRKAA2(AMP激活蛋白激酶催化亚基α2)。c性状相关基因主要有TEX37(睾丸表达基因37)、ADAMTS9(含血小板反应蛋白基序的解整合素样金属蛋白酶9)、PRKACB(cAMP依赖性蛋白激酶催化亚基β)、TTLL7(微管蛋白酪氨酸连接酶样家族成员7)、TFAM(线粒体转录因子A)、AGT(血管紧张素原)、ACAT2(乙酰辅酶A乙酰转移酶2)和PPP1R3C(蛋白磷酸酶1调节亚基3C)。而与Hu性状关联最强的基因包括MMP2(基质金属蛋白酶2)、AKR1B1(醛酮还原酶家族1成员B1)、AKR1B10(醛酮还原酶家族1成员B10)和CYP7A1(胆固醇7α-羟化酶)。

代谢通路分析揭示生物学机制

功能分析表明，这些候选基因主要参与能量代谢通路，其中最重要的是葡萄糖、脂肪酸和脂质代谢过程。这些代谢途径直接影响肌肉中的生化环境，进而影响肌红蛋白状态和肉色表现。例如，AMPK信号通路(由PRKAA2代表)作为细胞能量传感器，调节糖脂代谢平衡；CYP7A1参与胆固醇代谢，可能影响细胞膜流动性和氧化稳定性；而CALM1和CALCRL涉及钙信号传导，与肌肉收缩和代谢调节密切相关。

研究结论强调，肉色性状在加拿大杂交肉牛中具有可遗传的生物学基础，可以通过基因组选择进行遗传改良。GWAS分析鉴定出的显著SNP窗口和候选基因为开发肉色性状的分子育种标记提供了宝贵资源。这些基因主要涉及能量代谢途径，表明肉色性状与肌肉代谢状态密切相关。研究人员在讨论中指出，这项研究的发现不仅有助于理解肉色形成的生物学机制，而且为育种项目提供了实际工具——通过基因组选择，育种者可以在活体阶段早期选择优良肉色性状的个体，避免传统方法必须屠宰测量的限制，显著提高育种效率并降低成本。

该研究的重要意义在于首次系统解析了加拿大杂交肉牛肉色性状的遗传架构，鉴定了多个 previously unreported 的候选基因，为北美肉牛育种提供了特异性分子标记。这些发现将加速肉牛品质育种进程，最终为消费者提供色泽更加稳定、品质更加优良的牛肉产品，同时为畜牧业创造更大的经济效益。