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本研究以西门塔尔X黄牛、日本和牛X复州牛2个杂交品种共200个个体为试验动物。利用DNA测序、序列分析和PCR-RFLP等技术,结合生物信息学方法,克隆和分析牛Cathepsin家族CTSB、CTSD、CTSF、CTSH、CTSL及其抑制基因CSTB,共6个候选基因的遗传变异,探讨试验群体遗传结构、遗传多样性及其与经济性状的关系,从而获取相应的分子遗传学信息,筛选对牛经济性状有重要影响的分子标记,为牛的分子标记辅助选择研究提供科学依据;同时为牛业生产的优质新品种或杂交新品系培育提供早期检测方法,以节约生产成本提高经济效益。主要研究结果如下:1.采用反转录PCR(RT-PCR)技术,从试验牛肌肉组织中克隆并鉴定了CSTB、CTSL基因cDNA的编码区(CDS)全长。利用生物信息学分析方法,获得CSTB、CTSL蛋白的氨基酸序列,并对其特征和功能进行预测分析,结果表明牛CSTB、CTSL基因分别编码101和334个氨基酸,CSTB蛋白包含1个CY功能结构域,CTSL蛋白包含两个功能结构域,包括:第29到88个氨基酸区域的inhibitor结构域和第114到333个氨基酸区域的(Pept)结构域。2.利用PCR-RFLP方法检测CTSB、CTSF、CTSL基因3个位点的多态性,进行基因型分型,并分析群体遗传结构,计算基因和基因型频率,进行多态信息含量检测和哈代温伯格平衡检测,并建立动物模型与各测定的经济性状进行关联分析。结果发现:(1)CTSB基因与大理石纹评分性状均存在显著相关,与嫩度性状呈极显著相关:其中AA型和AB型个体的大理石纹评分等级明显高于BB型个体(P<0.05);而AB型的剪切力值显著高于AA和BB型,故嫩度明显逊于纯和基因型。(2)CTSF基因不同基因型与实测背膘厚性状存在极显著相关:AA型的背膘厚度明显大于BB型个体和AB型个体(P<0.01)。(3)CTSL不同基因型与净肉率和嫩度性状均存在显著相关:BB型个体的净肉率显著大于AA型和AB型个体(P<0.05);BB型个体的剪切力值显著高于AA型和AB型个体(P<0.05)。3.利用DNA测序的方法检测CTSD基因Exon5、6、8的多态性,检测到的4个SNP,并与各测定经济性状进行关联分析。结果表明:在EXON5上的C581T位点的多态与净肉率之间存在显著相关:CG型个体的净肉率显著大于GG型和CC型个体(P<0.05)。4.利用DNA测序的方法检测到CTSF、CTSH、CTSL基因共计20个SNP。CTSF基因intron12的A22/G;exon14的3个突变,A111G、C152T、A283G;3’下游区的A72G、C92G。CTSH基因intron1的C290G、C467T;intron11的A526G、A559G;exon12的C34T、C292T;5’上游区的598AG插入。CTSL基因intron2的A103G、C134G;exon2的C92T;intron3的C165G、A230G;intron8的C692T、A702G。利用Haploview软件对此20个突变位点进行群体连锁不平衡和单倍型分析,结果如图3-25:20个SNP中共发现7个SNP位点紧密连锁,其他SNP均不连锁,7个位点的决定系数分别为:CTSF的C152T、A283G为0.53,CTSH的C34T和C292T为0.69,CTSL的A103G和C134G为1.0,并均与C165G呈0.3的决定系数。5.对所研究的CTSF、CTSH和CTSL 3个候选基因,在肝脏,心脏,脂肪,小肠,肺,肌肉,卵巢,淋巴8个组织中的表达,进行了荧光定量PCR分析。结果发现CTSF基因在小肠、心脏、肌肉和淋巴组织的表达量显著高于其他组织。CTSH基因除了小肠、肝脏中,其他组织表达量都较高。CTSL基因在肝脏、肌肉和淋巴的表达量均显著地高于其他组织。