《Animal Reproduction Science》：Association between polymorphisms in
AKR1
C2 gene and litter size traits in Xiang pigs
編輯推薦：
AKR1C2-I4-sv245多態性與Xiang豬產仔數關聯研究，通過分子分型、生物信息學及轉染實驗發現DD基因型與高生育力相關，SINE插入抑制AKR1C2表達，且該多態性可作為遺傳標記提升產仔數。
王嵐|陳霞|郭明川|方芬芳|李健|劉亞雪|牛曦|王強|冉學勤|王家富
中國貴州省貴陽市貴州大學生命科學學院與動物科學學院農業生物工程研究所，郵編550025
摘要
本研究旨在探討醛酮還原酶家族1成員C2（AKR1C2）基因中的AKR1C2-I4-sv245多態性與湘豬產仔數之間的關聯。多態性分析顯示，“ID”基因型在湘豬中占優勢，而“D”為顯性等位基因。在高產湘豬（XL）中，DD基因型最為常見；而在低產湘豬（XS）中，ID基因型更為普遍。關聯分析結果表明，XL組的產仔數顯著高于XS組（P < 0.05）。AKR1C2-I4-sv245多態性與湘母豬的產仔數之間存在顯著關聯（P < 0.01），其中DD基因型的產仔數高于ID和II基因型。生物信息學分析表明，該缺失片段包含一個短散布元件（SINE）、三個外顯子剪接增強子、四個內含子剪接增強子以及其他與基因表達相關的調控元件。將EGFP報告基因轉染到HEK-293T細胞中證實了SINE對轉錄的抑制作用，其插入顯著降低了報告基因的表達。相對表達分析顯示，DD基因型的AKR1C2mRNA和蛋白質水平高于II基因型，而ID基因型的這些水平又高于II基因型。綜上所述，這些結果證實了SINE在基因表達中的調控作用，并強調了AKR1C2-I4-sv245作為提高湘豬產仔數的潛在DNA標記物的價值。
引言
豬是最重要的經濟馴養家畜之一。繁殖性狀（如產仔數）直接影響母豬的生產力和經濟效益（Wang等人，2018年）。湘豬是中國貴州省的地方豬品種，具有體型小、性成熟早、肉質優良和環境適應性強等特點（Niu等人，2022年；Wang等人，2022年）。值得注意的是，湘母豬的產仔數（總出生數，TNB）存在顯著差異，范圍從5到21頭仔豬不等（Liu等人，2019年）。這一表型特征使得湘豬成為研究繁殖性能遺傳基礎的寶貴模型。
醛酮還原酶家族1成員C2（AKR1C2）是一種3型羥基類固醇脫氫酶，具有獨特的酶活性，能夠催化包括孕酮、睪酮衍生物和雌激素在內的類固醇激素的轉化（Ziogas等人，2024年）。AKR1C2利用NADH/NADPH（NADH，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADPH，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）作為輔因子，將活性雄激素5α-二氫睪酮（17β-羥基-5α-雄烯-3-酮；5α-DHT）還原為無活性的3α-雄烷二醇（5α-雄烷-3α,17β-二醇；3α-二醇）（Penning等人，2000年）。值得注意的是，AKR1C2缺乏將3α-二醇重新氧化為5α-DHT的催化活性，而是作為5α-DHT的直接失活劑（Bauman等人，2006年）。5α-DHT是雄激素受體（AR）最有效的天然配體。AKR1C2介導的5α-DHT向3α-二醇的轉化使類固醇與AR的親和力降低了五個數量級。一旦形成，3α-二醇會迅速被清除（Penning等人，2008年）。與睪丸類似，卵巢也能將睪酮（T）轉化為5α-DHT，而AKR1C2進一步促進5α-DHT向3α-二醇的轉化，從而調節局部5α-DHT濃度（Nie等人，2024年）。在雌性動物中，生理水平的雄激素對維持卵泡生長和發育至關重要。相反，過量的雄激素會導致卵巢發生病理變化，包括顆粒細胞（GC）死亡、卵泡功能障礙和卵巢間質細胞纖維化，最終導致繁殖功能障礙（Ma等人，2016年；Sen和Hammes，2010年；Wang等人，2020年）。此外，AKR1C2基因在卵巢組織中的表達存在差異，可能通過調節卵巢生理過程影響性成熟和排卵效率（Nonneman等人，2006年）。總體而言，這些發現表明AKR1C2在維持卵巢中5α-DHT的生理平衡方面起著關鍵作用。AKR1C2支持正常的卵巢卵泡發育和排卵，從而提高雌性動物的繁殖性能。
結構變異（SVs）通常定義為長度大于50個堿基對（bp）的遺傳變異，包括基因缺失、插入、重復、倒位和基因組片段的易位（Li等人，2023年）。SVs可能導致基因破壞、融合基因的形成、基因調控變化或新基因的產生（Canoy等人，2022年；Naghinejad等人，2025年）。近年來，越來越多的證據表明SVs在推動種群分化、局部適應和物種形成中起著重要作用（Pokrovac和Pezer，2022年）。SVs引起的變化對家畜的遺傳特性和生產性能有顯著影響（Chen等人，2024年）。此外，SVs已被證明會影響哺乳動物的繁殖性能。例如，日本黑牛ANNEXIN A10（ANXA10）基因的拷貝數變異（CNVs）與胚胎死亡有關（Sasaki等人，2016年）。 Shaanbei白絨山羊dynein軸絲重鏈1（DNAH1）基因中的SVs與產仔數顯著相關（Wang等人，2022年）。抑制素-α（INHA）基因中的283-bp插入/缺失多態性與大白豬的卵泡囊腫顯著相關，可能影響繁殖性能（Li等人，2016年）。Indoleamine 2,3-二氧酶（IDO2）基因中的304-bp SV插入變異可能對大白豬的繁殖性狀產生不利影響（Du等人，2022年）。Methenyltetrahydrofolate合成酶結構域（MTHFSD）基因中的CNVs與湘豬的產仔數特征顯著相關（Ran等人，2018年）。
作為一類非自主逆轉錄轉座子，短散布元件（SINEs）廣泛分布于真核生物基因組中（D A Kramerov和Vassetzky，2011年）。傳統上被視為“基因組寄生蟲”（Dmitri A. Kramerov和Vassetzky，2011年），SINEs最近被認作通過多種機制調節基因表達的功能性調控元件，包括RNA處理和代謝、轉錄調控以及染色質重塑（Elbarbary等人，2016年）。基因組插入后，SINEs可以作為增強子、啟動子、沉默子或轉錄因子的結合位點，從而對目標基因產生調控作用（G?ke和Ng，2016年；D A Kramerov和Vassetzky，2011年；Sundaram等人，2014年）。SINE變異也被證明與哺乳動物的繁殖性能有關。例如，大白豬細胞壁生物生成43 C末端同源物（CWH43）基因中的SINE元件插入與活產仔豬數（NBA）和總出生數（TNB）增加相關（Du等人，2022年）。對于骨形態發生蛋白受體IB（BMPR1B）基因，SINE插入與大白豬第一胎的產仔數顯著正相關（Chi等人，2022年）。印度本土豬卵泡刺激激素β多肽（FSH-β）基因第一個內含子中的285-bp SINE插入影響繁殖性狀，SINE?/?母豬的產仔數、出生體重、斷奶體重和活產仔豬數顯著高于SINE+/+和SINE?/?基因型（Magotra等人，2015年）。在湘豬中，蛋白質二硫鍵異構酶家族A成員4（PDIA4）基因第一個內含子中的275-bp SINE插入與產仔數相關，其中SINE+/+基因型的每胎產仔數比SINE+/?和SINE?/?基因型分別多1.01和1.45頭（Liu等人，2018年）。
先前的研究表明，245-bp SV（chr10:65,613,570-65,613,814）位于AKR1C2基因的第四個內含子中，稱為AKR1C2-I4-sv245。值得注意的是，這種SV位點的分布在不同產仔數的湘豬之間存在顯著差異（Liu等人，2019年）。此外，在發情期間，產仔數較多的湘豬卵巢中AKR1C2基因的表達顯著上調（Ran等人，2021年）。盡管有這些初步觀察結果，但關于AKR1C2基因中的SV及其在湘豬中的功能仍知之甚少。本研究的目的是：（i）確定湘豬AKR1C2基因中AKR1C2-I4-sv245的存在及其等位基因頻率；（ii）驗證AKR1C2-I4-sv245與湘豬產仔數之間的關聯；（iii）評估AKR1C2-I4-sv245基因型與湘豬卵巢中AKR1C21C2表達水平之間的相關性。這些發現不僅有助于保護地方品種的遺傳資源，還能為理解湘豬繁殖性狀的遺傳調控機制提供理論依據。
倫理批準
所有實驗方案均獲得了貴州大學機構動物護理和使用委員會的批準（批準編號：EAE-GZU-2024-T148）。實驗操作遵循國家研究委員會關于實驗室動物護理和使用的指南。
動物樣本
從中國貴州省從江縣共采集了333頭健康且無親緣關系的湘豬。其中216頭豬被分為兩個表型組：高產組（XL，n =
序列分析
在之前的湘豬重測序研究中，在AKR1C2基因的第4個內含子中發現了245-bp的SV，位于基因組位點chr10:65,613,570-65,613,814。該變異被命名為AKR1C2-I4-sv245（Liu等人，2019年）。在本研究中，使用PCR結合Sanger測序確認了AKR1C2-I4-sv245在湘豬中的存在（圖1）。根據片段長度多態性，535-bp的擴增子被指定為插入等位基因（I），289-bp的
討論
AKR1C2是一種3型羥基類固醇脫氫酶，具有獨特的酶活性（Ziogas等人，2024年），可促進5α-DHT向3α-二醇的轉化，從而調節局部5α-DHT濃度（Nie等人，2024年）。先前的研究表明，在AKR1C21C2基因的第四個內含子中發現了一個245-bp的SV（AKR1C2-I4-sv245）（Liu等人，2019年）。在本研究中，我們確認了AKR1C2-I4-sv245 SV在湘豬品種中的存在。許多先前的研究已經證明了
結論
本研究探討了AKR1C2基因中的SV對湘豬繁殖性狀（特別是產仔數）的影響。我們的研究發現，SINE序列具有轉錄抑制作用。AKR1C2-I4-sv245中SINE的缺失表現出最高的AKR1C2表達水平，并與最高的產仔數相關。這表明AKR1C2-I4-sv245中SINE的缺失可能通過上調AKR1C2蛋白來促進卵泡招募和排卵
未引用的參考文獻
(Kramerov和Vassetzky，2011年；Wang等人，2022年)
資助
本研究得到了貴州省基礎研究計劃（自然科學）（編號：QKHJC-MS[2025]583）、貴州大學人才引進研究項目（編號：GDRJHZ-[2023]43）、國家自然科學基金（編號：32360810）和遵義市科技規劃項目（編號：ZSKH-HZ-Zi-2023-457）的支持。
CRediT作者貢獻聲明
王富家：寫作——審稿與編輯。陳霞：寫作——初稿撰寫、驗證、軟件使用、數據分析、概念構思。王嵐：寫作——初稿撰寫、數據可視化、軟件使用、方法設計、實驗設計、數據管理、概念構思。方芬：寫作——審稿與編輯、軟件使用。郭明川：軟件使用、實驗設計、數據管理。劉亞雪：數據管理。李健：軟件使用。牛曦：寫作——審稿與編輯、數據可視化利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文所述工作的財務利益或個人關系。
致謝
無。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文所述工作的財務利益或個人關系。
