引用本文
边世雄, 孙研研, 麻慧, 陈继兰. 鸽乳的组成及其生成调控机制的研究进展[J]. 畜牧兽医学报, 2020, 51(9): 2048-2058.
BIAN Shixiong, SUN Yanyan, MA Hui, CHEN Jilan. Research Progress on the Composition and Production Regulatory Mechanism of Pigeon Milk[J]. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica, 2020, 51(9): 2048-2058.
鸽乳的组成及其生成调控机制的研究进展
边世雄, 孙研研, 麻慧, 陈继兰
中国农业科学院北京畜牧兽医研究所, 农业部动物遗传育种与繁殖(家禽)重点实验室, 北京 100193
收稿日期：2019-11-27
基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（31802058）；北京市家禽产业创新团队（BAIC04-2020）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（2019-YWF-YB-12）；中国农业科学院科技创新工程（ASTIP-IAS04）
作者简介：边世雄(1995-), 男, 河北沧州人, 硕士生, 主要从事家禽遗传育种研究, E-mail:bsx13101399366@163.com.
通信作者：麻慧, 主要从事家禽遗传育种与繁殖研究, E-mail:caumah@163.com; 陈继兰, 主要从事家禽遗传育种与繁殖研究, E-mail:chen.jilan@163.com.
摘要：鸽乳是由鸽嗉囊组织生成并分泌的半固态营养物质，是乳鸽唯一的营养来源。乳鸽出生后不能自主觅食，需由亲鸽哺育，鸽乳对其生长发育极为重要。鸽乳的生成及分泌是一种特殊的生理过程，在禽类中极为少见，也不同于哺乳动物的泌乳过程。鸽乳主要由蛋白质、脂质、碳水化合物和矿物质等物质组成，其合成与分泌受催乳素、胰岛素和松弛素等多种激素共同调控，通过激活JAK/STAT、PI3K/Akt/TOR、AMPK和Wnt等信号通路，调控相关基因的表达，进而调节嗉囊上皮细胞增殖、变性和营养物质合成、富集等过程。本文综述了鸽乳的组成及其生成调控机制，并与哺乳动物进行了比较，进一步明确了嗉囊产生鸽乳的生理机制及与哺乳动物乳腺泌乳的异同。通过研究鸽乳的组成，可为种鸽营养需要标准制定及人工鸽乳研发提供参考；通过研究鸽乳生成的调控机制，进一步深入挖掘调控泌乳的基因，结合分子标记辅助育种技术，应用于提高种鸽的泌乳能力。
关键词：鸽 鸽乳 嗉囊 激素 调控机制
Research Progress on the Composition and Production Regulatory Mechanism of Pigeon Milk
BIAN Shixiong, SUN Yanyan, MA Hui, CHEN Jilan
The Key Laboratory of Animal(Poultry) Genetic, Breeding and Reproduction of Ministry of Agriculture, Institute of Animal Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China
Corresponding author:
MA Hui, E-mail:caumah@163.com; CHEN Jilan, E-mail:chen.jilan@163.com.
Abstract: Pigeon milk (PM) is a semi-solid nutrient substance produced and secreted by the crop of pigeon and it is the only nutritional source of squab. Squabs should be fed by their parents because they could not eat by themselves, so PM is very important for their growth and development. The production and secretion of PM is a special physiological process, which is rare in birds and different from the lactation process of mammals. PM is mainly composed of proteins, lipids, carbohydrates and minerals. Synthesis and secretion of PM are regulated by numerous hormones such as prolactin, insulin and relaxin. The signaling pathways such as JAK/STAT, PI3K/Akt/TOR, AMPK and Wnt are activated by these hormones and then the expression of related genes are regulated. The processes of crop epithelial cell proliferation, degeneration, nutrient synthesis and enrichment are regulated. The composition of pigeon milk and its production regulatory mechanism are reviewed, we compare these characteristics of PM with mammalian milk, and the physiological mechanism of pigeon milk production by crop and its similarities and differences with mammalian mammary lactation are further clarified. Research on the composition of PM will provide reference for the formulating of breeding pigeon nutrition requirements and research of artificial PM. The regulation mechanism of PM production will further find out genes regulating lactation and select breeding populations with high yield of PM by using molecular marker-assisted breeding technology.
Key words:
pigeon pigeon milk crop hormone regulatory mechanism
鸽(Columba livia)属于脊索动物门(Chordata)、鸟纲(Aves)、鸽形目(Columbiformes)、鸠鸽科(Columbidae)、鸽属(Columba)、原鸽(Columba livia)[1]。鸽为晚成鸟，乳鸽不能自主觅食，需由亲鸽哺育鸽乳[2]。鸽乳是由亲鸽嗉囊组织生成并分泌的富含营养成分的凝乳状物质，是乳鸽唯一的营养来源[3]。禽类中的火烈鸟和雄性帝企鹅也具有相似的生物学特性，火烈鸟可通过嗉囊产生的营养液来饲喂幼雏[4]，而帝企鹅可将胃里长期储存的食物反刍给幼雏，有类似营养液的功能[5]。不同于哺乳动物，雄鸽也能分泌鸽乳，雌鸽和雄鸽轮流哺育乳鸽。亲鸽嗉囊中的鸽乳被排空后才会再生，鸽乳的产生周期为4 h[6]。近年来，有关鸽乳的生成及调控机制引起了国内外学者的关注，探究其分子机理将有助于进一步深入挖掘调控鸽乳生成的通路和基因。
1 鸽乳的组成及其含量变化
鸽乳富含蛋白质、脂肪、碳水化合物和矿物质等营养成分，为乳鸽的生长发育提供能量和营养[7]。对鸽乳进行常规营养成分测定分析，各成分含量为蛋白质9%~11%、脂肪9%~13%、矿物质0.8%~ 1.1%、碳水化合物0%~6.4%[8]。将鸽和部分哺乳动物初乳中主要营养成分进行对比，发现，鸽乳中蛋白质和脂肪含量较高，碳水化合物含量偏低，矿物质含量与哺乳动物相近(表 1)[9-12]，这可能与其独特的形成机制有关。鸽乳中营养成分的含量在哺育期不同阶段是不断变化的，其中蛋白质和脂肪的变化最为明显[8]。
表 1(Table 1)
表 1 鸽与哺乳动物初乳的主要成分
Table 1 Essential nutrients in the colostrum of pigeon and mammals
%
主要营养成分Essential nutrient
鸽Pigeon
牛Cattle
羊Sheep
猪Pig
人Human
蛋白质Protein
9~11
3~4
7~9
5~6
2~3
脂肪Lipid
9~13
3.2~3.6
3.5~4.9
7~9
2.9~3.9
碳水化合物Carbohydrate
0~6.4
4.1~4.6
4.2~4.9
3~5
4.6~7.5
矿物质Mineral
0.8~1.1
0.76~0.85
0.7~0.9
0.5~0.9
0.12~0.25
表 1 鸽与哺乳动物初乳的主要成分
Table 1 Essential nutrients in the colostrum of pigeon and mammals
1.1 蛋白质的组成及其变化
鸽乳中富含蛋白质，其中90%为酪蛋白，少量为角蛋白和免疫球蛋白等[13]。酪蛋白在胃肠道中不易被消化水解，但鸽乳中含有多种酶类，如蛋白酶、肽酶和谷氨酸转肽酶等，可将大量的酪蛋白分解为氨基酸，有利于乳鸽的吸收[7, 14]。鸽乳与哺乳动物乳中蛋白质的来源不同，鸽乳主要来自嗉囊上皮细胞的合成，而哺乳动物乳主要来自乳腺细胞，其核糖体合成的多肽经加工后以胞吐的形式分泌到腺泡腔中[15]。鸽乳与哺乳动物乳中蛋白质含量的变化相似，泌乳第1周含量最高，随后逐渐下降[15]。泌乳初期较高的蛋白质水平可促进乳鸽的快速生长，乳鸽7日龄时的体重是初生重的8倍，28日龄时的体重是初生重的22倍[14]。据报道，经鸽乳饲喂7 d的雏鸡比对照组平均增重提高12.5%[16]。
1.2 脂质的组成及其变化
鸽乳中的脂质主要由中性脂肪、磷脂质和糖脂类组成，各成分在脂质中所占的比例分别为80%、12%和8%[8]。中性脂肪主要由胆固醇、甘油三酯和游离脂肪酸组成。哺育期内胆固醇含量无明显变化；甘油三酯含量呈下降趋势，从第1天占中性脂肪的81.2%下降到第19天的62.7%；游离脂肪酸中亚油酸和亚麻酸在泌乳前期含量较高，分别占中性脂肪的12.6%和5%[14]。磷脂质主要包括卵磷脂、鞘磷脂和脑磷脂，其在脂质中的含量由前3 d的5%提高到第7天的12%，其后逐渐下降。糖脂类含量变化与磷脂质相似[7]。鸽乳中的脂质主要来自于变性脱落的嗉囊上皮细胞，其在泌乳前期会大量储存[8]，而哺乳动物乳中的脂质主要为中性脂肪，其中，长链脂肪酸主要由血液中的脂肪进入乳腺形成，短链脂肪酸和少部分长链脂肪酸由乳腺上皮细胞合成[17]。脂质独特的形成过程可能是导致其在鸽乳中含量高于哺乳动物的原因。
2 不同时期的嗉囊形态
2.1 非增殖期
嗉囊是禽类储存及软化食物的器官。不同繁殖阶段，鸽嗉囊的形态和功能不同(图 1)[18]。鸽的繁殖周期为34~43 d，包括4个阶段：休产期、产蛋期(3 d)、就巢期(18 d)和哺育期(28~30 d)。产蛋期是雌鸽在产下第一枚蛋后间隔40~44 h产下第二枚蛋的阶段[8]；就巢期是亲鸽轮流孵化受精蛋的阶段[2]；哺育期是亲鸽轮流哺育乳鸽的阶段，在哺育期14~21 d[18]，亲鸽会在哺育乳鸽的同时，再产下两枚蛋并进行孵化，进入新的繁殖周期[19]。根据嗉囊在繁殖周期内形态结构的变化，可划分为非增殖期和增殖期[18-21]。
图 1(Fig. 1)
Fig. 1
图 1 鸽嗉囊结构示意图[2, 20-21]
Fig. 1
Crop structure of pigeon[2, 20-21]
鸽嗉囊由食道两侧的侧囔构成，其嗉囊壁由外膜、肌层、黏膜下层和黏膜层构成，其中黏膜层由上皮层、固有层和肌层构成。上皮层又分为浅表层、中间层和基底层。浅表层由分布均匀的复层扁平细胞组成；中间层由多层多边形细胞组成；基底层由柱状细胞组成[20]。固有层为一层较薄的结缔组织，分布着血管、神经和淋巴组织。肌层由平滑肌束和细弹性纤维网构成[21](图 1)。不同时期嗉囊的形态结构和功能具有明显差异，非增殖期的嗉囊体积小、重量轻、嗉囊壁较薄呈半透明状，嗉囊黏膜上皮经HE染色观察发现，上皮组织平滑，无明显钉突结构，具有较大的延展性[3]。此时期的嗉囊在功能上与其他禽类相似，仅对食物进行储存和软化[7]。
2.2 增殖期
增殖期的嗉囊两个侧叶明显膨大，体积约为非增殖期的2倍，为鸽乳的生成和储存提供了结构基础[7]。在催乳素的作用下，黏膜上皮层中的基底层细胞和中间层细胞分裂分化，并向上堆积，使得黏膜上皮增厚，通过HE染色发现，黏膜上皮组织出现钉突结构，在黏膜上皮复层扁平细胞中检测到角蛋白19(cytokeratin-19，CK-19)高表达，该蛋白具有维持上皮细胞完整性、促进细胞骨架形成及角质化的功能，其高表达表明了上皮细胞向角质化方向分化的过程[22]。在上皮细胞增殖过程中，固有层中血管等结缔组织也快速增生，其中，毛细血管伴随着上皮细胞增殖方向快速延伸，为细胞增殖和细胞内的物质积累提供基础[6, 21]。蛋白质和脂质等物质在上皮细胞内合成富集，部分上皮细胞因聚集大量营养物质而失去原有的细胞结构，变性后脱落入嗉囊腔中，形成鸽乳[23-24]。
就巢期第8天，嗉囊开始发育，体积和重量激增[18-22]；就巢期第12~14天，嗉囊开始生成鸽乳[7, 20, 23]；哺育期第4天，嗉囊的重量和厚度达到最大，上皮细胞的增殖速度也达到峰值[21]；哺育期7 d内，嗉囊的重量和厚度均保持在较高水平[22]；哺育期第15天，嗉囊黏膜上皮出现明显退化；哺育期第19~22天，泌乳量急速下降，嗉囊变薄且皱壁减少[20]；哺育期第25天，嗉囊基本恢复到休产期水平[23]。与哺乳动物相比，鸽乳生成的结构基础相对简单，没有乳腺等结构。雄鸽同雌鸽一样具有就巢及泌乳的能力，但两者在哺育期内激素的水平存在显著差异[25-26]。对鸽乳生成调控机制的研究将进一步揭示鸽与哺乳动物的泌乳过程在起源进化和调控机制上的异同。
3 鸽乳生成的调控机制
鸽乳的生成及分泌受多种激素的调控[7]，其中催乳素和胰岛素起主要作用。在下丘脑-垂体系统的调节下，由垂体前叶细胞合成并分泌的催乳素在增殖期的嗉囊组织中大量聚集。催乳素是一种肽类激素，通过与催乳素受体结合，促进嗉囊组织发育及鸽乳的生成[18]。胰岛素由胰岛B细胞合成并分泌，通过与靶细胞上的胰岛素受体结合，参与调控鸽乳中蛋白质和脂质的合成代谢过程[21]。此外，生长激素、松弛素和胰岛素样生长因子等也在鸽乳生成过程中发挥重要作用[27]。哺乳动物的泌乳过程受下丘脑-垂体-卵巢轴产生的激素调控，主要有催乳素、胰岛素、生长激素、胰岛素样生长因子、雌激素、孕激素和瘦素等[15]。这些激素构成复杂的调控网络作用于乳腺和肝等多种器官，参与调控哺乳动物乳的生成及分泌[28]，而其在鸽乳生成中的调控作用有待进一步研究。
3.1 通路的调控作用
激素可通过激活细胞内JAK/STAT、PI3K/Akt/TOR和AMPK等信号通路，参与调控蛋白质和脂质等物质的合成(图 2)。
图 2(Fig. 2)
Fig. 2
图 2 催乳素和胰岛素对鸽乳中蛋白质和脂质合成的调控[7, 18, 21-22, 31-34]
Fig. 2
Regulation of prolactin and insulin on proteins and lipids synthesis in pigeon milk[7, 18, 21-22, 31-34]
3.1.1 JAK/STAT通路
该通路参与细胞增殖和分化，介导免疫调节和肿瘤生成等过程。催乳素与催乳素受体结合后激活JAK/STAT通路。JAK蛋白家族属于蛋白酪氨酸激酶的一种，包括JAK1、JAK2、JAK3和Tyk2，参与介导细胞内信号蛋白分子级联活化反应；STAT蛋白家族包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5和STAT6，激活的STAT能够与DNA结合，调控相关基因的表达[28]。此外，胰岛素与胰岛素受体结合后，产生的信号蛋白也可激活JAK，进而激活STAT蛋白，磷酸化的STAT蛋白可调控中间丝蛋白(CMP58和CMP50.5)、鸟氨酸脱羧酶、脂蛋白脂肪酶和AnxIcp35等蛋白编码基因的表达[21]。在哺乳动物泌乳过程中，催乳素同样可以激活JAK2/STAT5信号通路，JAK2、STAT3和STAT5等蛋白表达量显著增加，参与调控乳蛋白的合成[29-30]。
3.1.2 PI3K/Akt/TOR通路
该通路参与蛋白质和脂质的合成、细胞分化及代谢等过程。催乳素与胰岛素共同参与调控该通路，通路中磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3Ks)是一类细胞内信号传导因子，接受细胞膜受体产生的信号并将其传递给下游的雷帕霉素靶蛋白(target of rapamycin，TOR)[31]。TOR是一种重要的信号分子，通过调控真核起始因子4E结合蛋白(eukaryotic initiation factor 4E binding protein 1，4EBP1)的活性参与调控4E基因的表达，同时TOR激活S6K激酶，调控细胞内编码蛋白合成mRNA的表达，参与蛋白质的合成过程；TOR还参与脂质合成相关基因的调控[32-34]。在哺乳动物泌乳过程中，乳蛋白和乳脂的合成同样受该通路的调控，作用途径类似[35-36]。
3.1.3 AMPK通路
该通路参与能量代谢、糖代谢和脂代谢等过程。腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)是该通路中的关键酶，能维持细胞内能量平衡，参与脂质和蛋白质的合成与代谢[37]。该通路的激活与胰岛素密切相关，在AMPK蛋白被激活后，磷酸化下游的TOR蛋白，调控细胞内脂肪酸转位酶(fatty acid translocase，FAT)和脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，FAS)等基因的表达，调控脂质的合成与代谢[37-38]。在哺乳动物泌乳过程中，已证实AMPK通路参与调控脂质代谢和糖代谢[39]。
3.1.4 其他通路
Gillespie等[3]通过转录组测序分析了鸽哺育期和非哺育期嗉囊组织中差异表达的基因，KEGG通路富集分析表明，差异基因主要富集在黑素原生成(melanogenesis)、细胞外基质受体(extracellular matrix -receptor interaction)、黏附连接(adherens junction)和Wnt通路(wingless signalling pathway)等4条通路。其中，Wnt信号通路是一条相对保守的信号通路，在鸽哺育期的嗉囊组织中，该通路中的大部分基因高表达，参与调控蛋白质合成和细胞分化[40]。在哺乳动物中，Wnt信号通路的差异表达常见于胚胎发育和癌细胞增殖过程中[41-43]。除上述通路外，差异基因还显著富集于氨基酸生物合成、丙酸代谢、碳代谢和细胞周期等12条KEGG通路中[44]。
3.2 基因的调控作用
哺育期的嗉囊组织在激素的作用下，相关信号传导通路被激活，部分基因的表达量发生变化。Gillespie等[3]将鸡长链核苷酸芯片与鸽cDNA文库进行杂交，发现1 181个基因显著差异表达。Ma等[44]对鸽哺育期和非哺育期嗉囊组织进行转录组高通量测序，共筛选到6 483个差异表达基因和6 166个差异表达lncRNAs。在哺乳动物泌乳过程中，lncRNA通过靶向调控蛋白编码基因参与乳腺细胞的增殖和分化，部分鸽嗉囊组织差异表达的lncRNA与哺乳动物泌乳过程中lncRNA的调控作用相似，参与调控上皮细胞的增殖和分化，间接调控鸽乳的生成[45]。在奶牛泌乳过程中，对差异表达的lncRNA靶基因主要富集在细胞周期、JAK-STAT和PI3K-Akt信号通路等通路中，其中，lncRNAs TCONS_0004026与泌乳相关的miR-221存在相互作用，参与泌乳调控[46]，在小鼠的泌乳过程中，lncRNA Kcnqlot1与泌乳调控基因P57有相互作用，间接调控P57基因的表达，参与泌乳过程[47]。鸽和哺乳动物在哺育期和非哺育期的差异表达基因、功能及表达量的变化见表 2，但大部分基因的功能还需要在细胞和个体水平上进行验证。
表 2(Table 2)
表 2 调控泌乳的差异表达基因的功能及表达量
Table 2 Expression and function of differentially expressed genes that regulate lactation
分类Type
基因Gene
功能Function
哺乳期较非哺乳期的表达量变化Changes of expression in lactation comparing with non-lactation
参考文献Reference
哺乳动物Mammal
鸽Pigeon
调节蛋白质合成Regulation of protein synthesis
AnxIcp35
JAK/STAT通路调控
变化不显著
上调
[46]
AnxIcp37
JAK/STAT通路调控
上调
变化不显著
[47]
Beta keratin
调控β-角蛋白合成
变化不显著
上调
[3]
Transglutaminase 6
谷氨酰转移酶合成
上调
上调
[3]
Comulin
表皮细胞分化
上调
上调
[3]
CyclinD1
JAK/STAT通路中信号传导
上调
变化不显著
[59]
SND1
转录蛋白质
上调
变化不显著
[60]
CNS3
酪蛋白表达
上调
上调
[50]
FOLR1
乳蛋白合成
上调
变化不显著
[51]
Pten
Akt/TOR通路调控及乳蛋白合成
上调
上调
[52]
ELF5
Akt/TOR通路调控及乳蛋白合成
上调
上调
[53]
CK-19
细胞角蛋白合成
上调
上调
[22]
调节脂质合成Regulation of lipids synthesis
Gyk
脂肪酸合成
上调
上调
[3]
Agpat3
脂肪酸合成
变化不显著
上调
[3]
Agpat9
脂肪酸合成
变化不显著
上调
[3]
Dgat2
脂肪酸合成
变化不显著
上调
[3]
Gpd1
脂肪酸合成
变化不显著
下调
[3]
Acsl4
脂肪酸合成
变化不显著
下调
[3]
ELOVL6
长链脂肪酸合成
变化不显著
上调
[3]
ELOVL1
长链脂肪酸合成
上调
变化不显著
[3]
STAT5
乳脂合成调控
上调
变化不显著
[61]
LPL
脂肪酸转运
上调
上调
[62]
GPAT
PI3K/Akt通路中脂质合成
上调
上调
[28]
DGAT
PI3K/Akt通路中脂质合成
上调
上调
[28]
ACC
脂肪酸从头合成
上调
上调
[31]
FAS
脂肪酸从头合成
上调
上调
[31]
其他调控作用Other regulatory functions
MITF
细胞增殖
上调
上调
[18]
CXCL4
免疫调节
上调
上调
[63]
BUB
上皮细胞增殖
上调
上调
[44]
CDC
诱导上皮细胞分裂
上调
上调
[44]
表 2 调控泌乳的差异表达基因的功能及表达量
Table 2 Expression and function of differentially expressed genes that regulate lactation
鸽哺育期差异表达的基因大部分与鸽乳中蛋白质和脂质的合成密切相关。鸽乳中AnxIcp35基因通过调控细胞内AnxIcp35蛋白的表达参与蛋白质的合成[48-49]；Beta keratin、Comulin和CK-19等基因参与调控细胞内角蛋白的合成，促进细胞角质化[3, 22]；CNS3和FOLRI基因与酪蛋白的合成过程密切相关[49-50]；Pten和ELF5基因为PI3K/Akt/TOR通路中的下游基因，参与调控乳蛋白的合成[51-53]。
鸽乳中脂质的合成代谢也受到多种基因调控。其主要来源于细胞内合成和细胞外摄取的脂质[26]。细胞外摄取的脂质多为脂肪酸，外源性脂肪酸在脂肪酸转位酶(FAT/CD36)、脂肪酸转运蛋白和脂蛋白脂肪酶的协同作用下进入嗉囊上皮细胞[54-55]。Gillespie等[6]研究表明，哺育期嗉囊中的脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase，LPL)基因高表达，LPL与甘油三酯的含量密切相关，同时也参与细胞外乳糜微粒和极低密度脂蛋白的水解，有助于外源脂肪酸的摄取与转运[56-57]。同时，与肌动活性相关的两个基因(dynein cytoplasmic 2和dynein cytoplasmic 1)高表达，可编码胞质动力蛋白，该蛋白可促进嗉囊上皮细胞的内吞作用，使细胞从血液和组织液中摄取脂肪成分，在细胞内转化成所需的脂质。而细胞内脂质的合成主要受乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)和脂肪酸合成酶两个关键酶的调节[20]，而ELOVL6基因的高表达可促进细胞内长链脂肪酸C16:1、C18:1和C18:2的从头合成[14]。
此外，在鸽乳中还发现了大量外泌体miRNA[58]，与哺乳动物乳相比，有41个同源miRNAs，其中与细胞凋亡、蛋白质和脂质合成相关的miRNA高表达。这些外泌体miRNAs主要富集于MAPK、Wnt和胰岛素通路等与器官发育和生长相关的KEGG通路。综上所述，鸽与哺乳动物泌乳过程中相关激素、通路和基因的调控机制存在共性与差异性[16, 44, 58]，推测两者存在共同的起源，后期随着物种演变才形成不同的泌乳调控机制。
4 展望
综上，鸽乳与哺乳动物乳的组成相似，均由蛋白质、脂质、碳水化合物和矿物质等组成，但各物质所占的比例不同，鸽乳中较高含量的蛋白质和脂质为乳鸽的快速生长提供了营养基础，通过结合代谢组学等技术，研究鸽乳成分及其含量变化，将为种鸽营养需要标准的制定及人工鸽乳的研发提供参考。此外，鸽与哺乳动物泌乳过程中相关激素、通路和基因的调控机制存在共性与差异性，推测两者存在共同的起源，后期随着物种演变才形成不同的泌乳调控机制。在增殖期，嗉囊受催乳素、胰岛素和松弛素等激素刺激，激活上皮细胞内JAK/STAT、PI3K/Akt/TOR、AMPK和Wnt等信号通路，调节相关靶基因的表达，进而调控细胞的增殖、凋亡和营养物质的合成与代谢等过程。然而，目前关于鸽乳生成的调控机制仍不明确，随着分子生物学技术的进步，可结合全基因组关联分析、转录组和蛋白组等技术及生物信息学分析，进一步探究并验证鸽乳生成的调控基因，系统地阐释鸽乳产生和分泌的调控机制；进一步挖掘调控鸽乳产量的关键基因，结合分子标记辅助育种，提高种鸽的泌乳能力。
参考文献
[1]
张晓昀.碱性氨基酸对乳鸽早期生长发育调控的研究[D].杭州: 浙江大学, 2018.
ZHANG X Y.Research on early development regulation of pigeon squabs by cationic amino acids[D].Hangzhou: Zhejiang University, 2018.(in Chinese)
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10335-1018263484.htm
[2]
SHAPIRO M D, DOMYAN E T. Domestic pigeons[J]. Curr Biol, 2013, 23(8): R302–R303.
DOI: 10.1016/j.cub.2013.01.063
[3]
GILLESPIE M J, HARING V R, MCCOLL K A, et al. Histological and global gene expression analysis of the 'lactating' pigeon crop[J]. BMC Genomics, 2011, 12(1): 452.
DOI: 10.1186/1471-2164-12-452
[4]
RENDÓN M A, GARRIDO A, RENDÓN-MARTOS M, et al. Assessing sex-related chick provisioning in greater flamingo Phoenicopterus roseus parents using capture-recapture models[J]. J Anim Ecol, 2014, 83(2): 479–490.
DOI: 10.1111/1365-2656.12138
[5]
FRETWELL P T, TRATHAN P N, WIENECKE B, et al. Emperor penguins breeding on iceshelves[J]. PLoS One, 2014, 9(1): e85285.
DOI: 10.1371/journal.pone.0085285
[6]
GILLESPIE M J, CROWLEY T M, HARING V R, et al. Erratum to:transcriptome analysis of pigeon milk production-role of cornification and triglyceride synthesis genes[J]. BMC Genomics, 2014, 15(1): 185.
DOI: 10.1186/1471-2164-15-185
[7]
LUO Y, WANG X, MA Y, et al. The biological function of pigeon crop milk and the regulation of its production[J]. Hereditas, 2017, 39(12): 1158–1167.
[8]
谢鹏, 万雪萍, 卜柱, 等. 鸽乳分泌特征及鸽营养需求研究进展[J]. 中国家禽, 2018, 40(11): 47–51.
XIE P, WAN X P, BU Z, et al. Formation of crop milk and nutrition requirement of the domestic pigeon (Columba livia domestica):a review[J]. China Poultry, 2018, 40(11): 47–51.
(in Chinese)
[9]
张文飞, 张红菊, 管武太, 等. 饲粮中添加中链脂肪酸甘油三酯对母猪繁殖性能、血清生化指标及初乳成分的影响[J]. 动物营养学报, 2016, 28(10): 3256–3263.
ZHANG W F, ZHANG H J, GUAN W T, et al. Effects of dietary supplementation of medium-chain triglyceride on reproductive performance, serum biochemical indices and colostrum composition of sows[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2016, 28(10): 3256–3263.
(in Chinese)
[10]
吴富鑫, 童津津, 张华, 等. 不同泌乳量奶牛行为学差异及其与泌乳性能的相关性[J]. 动物营养学报, 2019, 31(7): 3156–3163.
WU F X, TONG J J, ZHANG H, et al. Behavioral differences of different milk yield dairy cows and its correlation with lactation performance[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2019, 31(7): 3156–3163.
(in Chinese)
[11]
薛建龙.牛羊乳中蛋白质和脂肪的差异比较研究[D].西安: 陕西科技大学, 2015.
XUE J L.Compatative study on differences of fat and protein in goat and bovine milk[D].Xi'an: Shaanxi University of Science & Technology, 2015.(in Chinese)
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10708-1015325382.htm
[12]
吴立芳.母乳重要成分研究及其结果与婴幼儿配方粉对比研究[D].北京: 中国疾病预防控制中心, 2015.
WU L F.Human milk composition study and the comparative study on key components in breast milk and infant formula[D]. Beijing: Chinese Center for Disease Control and Prevention, 2015.(in Chinese)
[13]
JACQUIN L, BLOTTIÈRE L, HAUSSY C, et al. Prenatal and postnatal parental effects on immunity and growth in 'lactating' pigeons[J]. Funct Ecol, 2012, 26(4): 866–875.
DOI: 10.1111/j.1365-2435.2012.01988.x
[14]
梁勇, 姜庆林, 陈益填, 等. 鸽乳成分及其分泌机制研究进展[J]. 中国家禽, 2016, 38(20): 47–51.
LIANG Y, JIANG Q L, CHEN Y T, et al. Pigeon milk composition and research on its secretion mechanism[J]. China Poultry, 2016, 38(20): 47–51.
(in Chinese)
[15]
童津津.泌乳相关激素对奶牛泌乳性能的影响及调控机制研究[D].哈尔滨: 东北农业大学, 2017.
TONG J J.Effect of lactation hormones on the lactational performance and the mechanism in dairy cows[D].Harbin: Northeast Agricultural University, 2017.(in Chinese)
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10224-1017150259.htm
[16]
GILLESPIE M J, STANLEY D, CHEN H, et al. Functional similarities between pigeon 'milk' and mammalian milk:induction of immune gene expression and modification of the microbiota[J]. PLoS One, 2012, 7(10): e48363.
DOI: 10.1371/journal.pone.0048363
[17]
张花, 李大彪, 邢媛媛, 等. 脂肪酸对奶牛乳腺上皮细胞乳蛋白和乳脂合成相关基因表达量的影响[J]. 动物营养学报, 2017, 29(11): 4143–4150.
ZHANG H, LI D B, XING Y Y, et al. Effects of fatty acids on expression levels of genes involved in milk protein and milk fat synthesis in bovine mammary epithelial cells[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2017, 29(11): 4143–4150.
(in Chinese)
[18]
DUMONT J N. Prolactin-induced cytologic changes in the mucosa of the pigeon crop during crop-"milk" formation[J]. Z Zellforsch Mikrosk Anat, 1965, 68(6): 755–782.
DOI: 10.1007/BF00343930
[19]
林余秋, 韩联众, 陈东良. 种鸽繁殖周期与生产效率[J]. 养禽与禽病防治, 2004(5): 32–34.
LIN Y Q, HAN L Z, CHEN D L. Breeding cycle and production efficiency of breeding pigeon[J]. Poultry Husbandry and Disease Control, 2004(5): 32–34.
(in Chinese)
[20]
陈莲官, 吴高升, 葛姣珍. 不同繁殖时期肉鸽嗉囊变化规律的组织学观察[J]. 浙江农业大学学报, 1993, 19(4): 459–462.
CHEN L G, WU G S, GE J Z. Histological observation on the crop variation of meat pigeon in different reproductive cycle[J]. Journal of Zhejiang Agricultural University, 1993, 19(4): 459–462.
(in Chinese)
[21]
胡小超.不同繁殖周期种鸽嗉囊生理结构及鸽乳蛋白质合成的机制[D].广州: 华南农业大学, 2016.
HU X C.Crop Physiological Structure at different reproductive cyclesand the mechanism of milk protein synthesis of domestic pigeon (Columba livia)[D].Guangzhou: South China Agricultural University, 2016.(in Chinese)
http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGXJ201610007399.htm
[22]
WAN X P, XIE P, BU Z, et al. Prolactin induces lipid synthesis of organ-cultured pigeon crops[J]. Poult Sci, 2019, 98(4): 1842–1853.
DOI: 10.3382/ps/pey540
[23]
SALES J, JANSSENS G P J. Nutrition of the domestic pigeon (Columba livia domestica)[J]. World's Poult SciJ, 2003, 59(2): 221–232.
DOI: 10.1079/WPS20030014
[24]
单达聪, 王铮, 黄建国, 等. 乳鸽早期生长及鸽乳营养水平的研究进展[J]. 动物营养学报, 2019, 31(3): 981–986.
SHAN D C, WANG Z, HUANG J G, et al. Early growth of pigeon squabs and nutrient levels of crop milk[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2019, 31(3): 981–986.
(in Chinese)
[25]
XIE P, WAN X P, BU Z, et al. Changes in hormone profiles, growth factors, and mRNA expression of the related receptors in crop tissue, relative organ weight, and serum biochemical parameters in the domestic pigeon (Columba livia) during incubation and chick-rearing periods under artificial farming conditions[J]. Poult Sci, 2018, 97(6): 2189–2202.
DOI: 10.3382/ps/pey061
[26]
XIE P, WAN X P, BU Z, et al. Differential expression of fatty acid transporters and fatty acid synthesis-related genes in crop tissues of male and female pigeons (Columba livia domestica) during incubation and chick rearing[J]. Br Poult Sci, 2017, 58(5): 594–602.
DOI: 10.1080/00071668.2017.1357798
[27]
BANI G, SACCHI T B, BIGAZZI M. Response of the pigeon crop sac to mammotrophic hormones:comparison between relaxin and prolactin[J]. Gen Comp Endocrinol, 1990, 80(1): 16–23.
DOI: 10.1016/0016-6480(90)90143-A
[28]
PUKAC L A, HORSEMAN N D. Regulation of cloned prolactin-inducible genes in pigeon crop[J]. Mol Endocrinol, 1987, 1(2): 188–194.
DOI: 10.1210/mend-1-2-188
[29]
生冉, 闫素梅. 催乳素与其他激素对乳腺内乳成分合成的协同调节作用[J]. 动物营养学报, 2014, 26(6): 1435–1443.
SHENG R, YAN S M. Prolactin and other hormones:synergistic action on regulating milk composition synthesis in mammary glands[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2014, 26(6): 1435–1443.
(in Chinese)
[30]
MIYOSHI K, SHILLINGFORD J M, SMITH G H, et al. Signal transducer and activator of transcription (Stat) 5 controls the proliferation and differentiation of mammary alveolar epithelium[J]. J Cell Biol, 2001, 155(4): 531–542.
DOI: 10.1083/jcb.200107065
[31]
HENNIGHAUSEN L, ROBINSON G W. Signaling pathways in mammary gland development[J]. Dev Cell, 2001, 1(4): 467–475.
DOI: 10.1016/S1534-5807(01)00064-8
[32]
AKERS R M. Major advances associated with hormone and growth factor regulation of mammary growth and lactation in dairy cows[J]. J Dairy Sci, 2006, 89(4): 1222–1234.
DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(06)72191-9
[33]
FERBEYRE G, MORIGGL R. The role of Stat5 transcription factors as tumor suppressors or oncogenes[J]. Biochim Biophys Acta Rev Cancer, 2011, 1815(1): 104–114.
DOI: 10.1016/j.bbcan.2010.10.004
[34]
LEAVENS K F, EASTON R M, SHULMAN G I, et al. Akt2 is required for hepatic lipid accumulation in models of insulin resistance[J]. Cell Metab, 2009, 10(5): 405–418.
DOI: 10.1016/j.cmet.2009.10.004
[35]
GORDON B S, WILLIAMSON D L, LANG C H, et al. Nutrient-Induced stimulation of protein synthesis in mouse skeletal muscle is limited by the mTORC1 repressor REDD1[J]. J Nutr, 2015, 145(4): 708–713.
DOI: 10.3945/jn.114.207621
[36]
RASHID M, KARIM S, ALI B, et al. PI3K signaling pathway targeting by using different molecular approaches to treat cancer[J]. J Chin Pharm Sci, 2017, 26(9): 621–634.
[37]
CHEN M J, FU Z, JIANG S G, et al. Targeted disruption of TORC1 retards young squab growth by inhibiting the synthesis of crop milk protein in breeding pigeon (Columba livia)[J]. Poult Sci, 2020, 99(1): 416–422.
[38]
XIE W Y, FU Z, PAN N X, et al. Leucine promotes the growth of squabs by increasing crop milk protein synthesis through the TOR signaling pathway in the domestic pigeon (Columba livia)[J]. Poult Sci, 2019, 98(11): 5514–5524.
DOI: 10.3382/ps/pez296
[39]
王皓宇, 秦彤, 郝海生, 等. 胰岛素对体外培养奶牛乳腺上皮细胞乳蛋白、乳脂肪合成相关基因mRNA表达的影响[J]. 畜牧兽医学报, 2013, 44(5): 710–718.
WANG H Y, QIN T, HAO H S, et al. Effects of insulin on mRNA expression of genes related to milk protein and fat synthesis in bovine mammary epithelial cells cultured in vitro[J]. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica, 2013, 44(5): 710–718.
(in Chinese)
[40]
SCHWARZ-ROMOND T. Three decades of Wnt signalling[J]. EMBO J, 2012, 31(12): 2664.
DOI: 10.1038/emboj.2012.159
[41]
张宗明, 金成龙, 严会超, 等. Wnt信号调控骨骼肌生长、发育与再生的机制[J]. 动物营养学报, 2019, 31(2): 560–566.
ZHANG Z M, JIN C L, YAN H C, et al. Regulatory mechanism of Wnt signaling in skeletal muscle growth, development and regeneration[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2019, 31(2): 560–566.
(in Chinese)
[42]
张世蘋, 张旭. Wnt信号通路在肿瘤调控方面的研究进展[J]. 中国药理学通报, 2017, 33(1): 14–17, 18.
ZHANG S P, ZHANG X. Research progress on role of Wnt signaling pathway in regulation of tumors[J]. Chinese Pharmacological Bulletin, 2017, 33(1): 14–17, 18.
(in Chinese)
[43]
CHEN L F, WAN Y C, LIU Y T, et al. Propofol inhibits biological functions of leukaemia stem and differentiated cells through suppressing Wnt/β-catenin and Akt/mTOR[J]. Clin Exp Pharmacol Physiol, 2020, 47(1): 127–134.
DOI: 10.1111/1440-1681.13167
[44]
MA H, NI A X, GE P Z, et al. Analysis of Long Non-Coding RNAs and mRNAs associated with lactation in the crop of pigeons (Columba livia)[J]. Genes (Basel), 2020, 11(2): 201.
DOI: 10.3390/genes11020201
[45]
KOUFARIOTIS L T, CHEN Y P P, CHAMBERLAIN A, et al. A catalogue of novel bovine long noncoding RNA across 18 tissues[J]. PLoS One, 2015, 10(10): e0141225.
DOI: 10.1371/journal.pone.0141225
[46]
YANG B, JIAO B L, GE W, et al. Transcriptome sequencing to detect the potential role of long non-coding RNAs in bovine mammary gland during the dry and lactation period[J]. BMC Genomics, 2018, 19(1): 605.
DOI: 10.1186/s12864-018-4974-5
[47]
吴瑜.印记基因P57在小鼠乳腺发育和泌乳中的功能及其机制初步研究[D].兰州: 兰州大学, 2016.
WU Y.The functions and regulatory mechanism of P57 in mouse mammary development and milk secretion[D].Lanzhou: Lanzhou University, 2016.(in Chinese)
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10730-1017702932.htm
[48]
PUKAC L A, HORSEMAN N D. Regulation of pigeon crop gene expression by prolactin[J]. Endocrinology, 1984, 114(5): 1718–1724.
DOI: 10.1210/endo-114-5-1718
[49]
HORSEMAN N D. A Prolactin-Inducible gene product which is a member of the Calpactin/Lipocortin family[J]. Mol Endocrinol, 1989, 3(5): 773–779.
DOI: 10.1210/mend-3-5-773
[50]
LEMAY D G, LYNN D J, MARTIN W F, et al. The bovine lactation genome:insights into the evolution of mammalian milk[J]. Genome Biol, 2009, 10(4): R43.
DOI: 10.1186/gb-2009-10-4-r43
[51]
MENZIES K K, LEFÈVRE C, SHARP J A, et al. A novel approach identified the FOLR1 gene, a putative regulator of milk protein synthesis[J]. Mamm Genome, 2009, 20(8): 498–503.
DOI: 10.1007/s00335-009-9207-4
[52]
王卓然.Pten基因对奶牛乳腺上皮细胞泌乳的调节功能[D].哈尔滨: 东北农业大学, 2014.
WANG Z R.Pten regulates lactation in dairy cow mammary epithelial cells[D].Harbin: Northeast Agricultural University, 2014.(in Chinese)
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10224-1014341349.htm
[53]
CHEN M X, LI X G, YANG J X, et al. Growth of embryo and gene expression of nutrient transporters in the small intestine of the domestic pigeon (Columba livia)[J]. J Zhejiang Univ Sci B, 2015, 16(6): 511–523.
DOI: 10.1631/jzus.B1400340
[54]
SHAPIRO M D, KRONENBERG Z, LI C, et al. Genomic diversity and evolution of the head crest in the rock pigeon[J]. Science, 2013, 339(6123): 1063–1067.
DOI: 10.1126/science.1230422
[55]
HU X C, GAO C Q, WANG X H, et al. Crop milk protein is synthesised following activation of the IRS1/Akt/TOR signalling pathway in the domestic pigeon (Columba livia)[J]. Br Poult Sci, 2016, 57(6): 855–862.
DOI: 10.1080/00071668.2016.1219694
[56]
HE P P, JIANG T, OUYANG X P, et al. Lipoprotein lipase:biosynthesis, regulatory factors, and its role in atherosclerosis and other diseases[J]. Clin Chim Acta, 2018, 480: 126–137.
DOI: 10.1016/j.cca.2018.02.006
[57]
董丽艳, 卢立志, 李国勤, 等. 白羽王鸽LPL基因的多态性与肉质性状相关性研究[J]. 中国畜牧杂志, 2016, 52(1): 17–21.
DONG L Y, LU L Z, LI G Q, et al. Correlation between polymorphism of LPL gene and meat quality traits of white feather king pigeon[J]. Chinese Journal of Animal Science, 2016, 52(1): 17–21.
(in Chinese)
[58]
MA Y, FENG S Y, WANG X, et al. Exploration of exosomal microRNA expression profiles in pigeon 'Milk' during the lactation period[J]. BMC Genomics, 2018, 19(1): 828.
DOI: 10.1186/s12864-018-5201-0
[59]
FRIEDRICHSEN B N, RICHTER H E, HANSEN J A, et al. Signal transducer and activator of transcription 5 activation is sufficient to drive transcriptional induction of cyclin D2 gene and proliferation of rat pancreatic β-cells[J]. Mol Endocrinol, 2003, 17(5): 945–958.
DOI: 10.1210/me.2002-0356
[60]
司雨.SND1基因对奶牛乳腺上皮细胞泌乳机能的影响[D].哈尔滨: 东北农业大学, 2014.
SI Y.The effect of SND1 gene on lactation function of dairy cow mammary epithelial cells[D].Harbin: Northeast Agricultural University, 2014.(in Chinese)
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10224-1014341347.htm
[61]
于翠平, 高学军, 骆超超, 等. 奶牛泌乳关键基因与乳品质关系[J]. 乳业科学与技术, 2013, 36(6): 30–33.
YU C P, GAO X J, LUO C C, et al. Relationship between key genes for milk secretion and milk quality[J]. Journal of Dairy Science and Technology, 2013, 36(6): 30–33.
(in Chinese)
[62]
吕艳涛.母猪乳脂合成关键基因筛选及长链脂肪酸对乳脂合成的调控研究[D].广州: 华南农业大学, 2016.
LV Y T.Genetic screen for controlling milk fat synthesis in lactating sows and studies on the effects of long-chain fatty acids on milk fat synthesis in porcine mammary epithelial cells[D].Guangzhou: South China Agricultural University, 2016.(in Chinese)
http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10564-1016923565.htm
[63]
KOWALSKA M A, RAUOVA L, PONCZ M. Role of the platelet chemokine platelet factor 4 (PF4) in hemostasis and thrombosis[J]. Thromb Res, 2010, 125(4): 292–296.
DOI: 10.1016/j.thromres.2009.11.023