家畜育种学14动物育种学新技术

http:/ 家畜育种新技术家畜育种新技术（生物技术在动物育种中的应用）（生物技术在动物育种中的应用）第一节第一节 生物技术生物技术概述概述第二节第二节 细胞工程细胞工程技术的应用技术的应用第三节第三节 基因工程基因工程技术的应用技术的应用http:/ 生物技术概述生物技术概述http:/ v酶工程技术v发酵工程技术http:/ quantitative geneticsmolecular quantitative genetics）学）学。将分子生物技术和方法与数量遗传学相结合，研究数量将分子生物技术和方法与数量遗传学相结合，研究数量性状基因座（性状基因座（Quantitative Traits LociQuantitative Traits Loci，QTLQTL）定位与）定位与分子标记辅助选择（分子标记辅助选择（Molecular Assistant SelectionMolecular Assistant Selection，MASMAS）的理论和方法。这一学科领域的发展，将给家畜育）的理论和方法。这一学科领域的发展，将给家畜育种带来一次新的飞跃。种带来一次新的飞跃。分子遗传学技术基因结构与功能的分析基因组分析基因诊断基因克隆与基因组文库的建立转基因技术基因在微生物中的表达转基因动物的制备生物反应器http:/ 细胞工程技术的应用细胞工程技术的应用v人工授精人工授精技术技术v配子低温冷冻保存配子低温冷冻保存技术技术v同期发情同期发情、超数排卵技术、超数排卵技术v体外受精体外受精技术技术v性别控制性别控制与胚胎性别鉴定技术与胚胎性别鉴定技术v克隆克隆技术技术http:/ Index Aggregative Index Breeding SystemBreeding System）在畜群中广泛应用人工授精技术，精液全部来自经遗传评定验证的种公畜；在育种群中实施大规模的、规范化的生产性能测定；通过“定向选配”，有计划地培育后备公畜；组织科学、严格的公畜后裔测定，并应用先进的数据统计分析方法估计育种值，提高选种的精确性。一、人工授精技术给家畜育种带来的效应一、人工授精技术给家畜育种带来的效应http:/ OvulationMultiple Ovulation）与胚胎移植）与胚胎移植（Embryo TransferEmbryo Transfer）是两项相互联系的生物技术的缩写。）是两项相互联系的生物技术的缩写。超排是基础，胚移是手段。人们习惯将两项技术统称为胚胎超排是基础，胚移是手段。人们习惯将两项技术统称为胚胎移植，用移植，用“MOETMOET”表示。表示。vMOETMOET在家畜育种中可实现的一般效应在家畜育种中可实现的一般效应扩大优秀母畜在畜群遗传改良中的作用。利用胚胎冷冻保存技术，有效地保存家畜品种资源。冷冻胚胎的进出口，消除了家畜品种之间的地理隔离，促进优良种畜的基因交流，加速育种进程。冷冻胚胎的传递，可获得正常情况下难以得到的育种材料。MOET可使一些遗传素质十分优秀，但因繁殖障碍而无法妊娠的母畜延续其在育种中的作用；甚至克服种间隔离，挽救濒危动物。http:/ 胎母 畜核心群ET幼畜 青年家畜性能测定站（测定生长发育性状）生 产 群MOET育 成生产群核 心 群http:/ 。l体细胞克隆潜在的应用领域体细胞克隆潜在的应用领域http:/ 基因工程技术的应用基因工程技术的应用v生产生产转基因转基因动物动物v进行进行基因诊断基因诊断v研制研制基因疫苗基因疫苗v分子遗传分子遗传标记标记v应用应用前景前景http:/ Chain Polymerase Chain ReactionReaction）、）、RFLP RFLP（Restriction Fragment Restriction Fragment Length PolymorphismsLength Polymorphisms）、）、SSCPSSCP（Single Strand Single Strand Conformation PolymorphismConformation Polymorphism）等技术。）等技术。v基因诊断的目的基因诊断的目的为育种提供配种方案。实现对种畜的基因型选择，在选育群中淘汰有害或不利基因。二、基因诊断二、基因诊断http:/ Muscling）基因；羊的产羔数（Booroola）基因等。v现以猪的现以猪的HalHal基因为例来介绍基因诊断的技术要点基因为例来介绍基因诊断的技术要点及其在育种中的应用。及其在育种中的应用。v基因诊断技术应用情况基因诊断技术应用情况http:/ bp-+659 bp猪Hal基因PCR产物电泳图谱（琼脂糖凝胶）http:/ 细胞学标记细胞学标记 生化标记生化标记 DNADNA分子标记。分子标记。四、分子遗传标记四、分子遗传标记http:/ F L PR F L P（R e s t r i c t i o n F r a g m e n t L e n g t h R e s t r i c t i o n F r a g m e n t L e n g t h PolymorphismsPolymorphisms）：）：指用同一限制性内切酶酶切不同指用同一限制性内切酶酶切不同个体的基因组个体的基因组DNADNA后，所获得的含有同源序列的酶切后，所获得的含有同源序列的酶切片段在长度上存在的差异。这是最早开发的片段在长度上存在的差异。这是最早开发的DNADNA标记，标记，在同一基因座上只有两个等位基因，多态性不够高，在同一基因座上只有两个等位基因，多态性不够高，且测定方法比较复杂，近年已很少使用。且测定方法比较复杂，近年已很少使用。vA F L PA F L P（A m p l i f i e d F r a g m e n t L e n g t h A m p l i f i e d F r a g m e n t L e n g t h PolymorphismsPolymorphisms）：）：用特定引物，通过用特定引物，通过PCRPCR反应，复制反应，复制并扩增不同个体基因组并扩增不同个体基因组DNADNA模板，所得模板，所得DNADNA片段在长度片段在长度上的差异。该方法较上的差异。该方法较RFLPRFLP简单，但需要设计和合成特简单，但需要设计和合成特定引物，且定引物，且AFLPAFLP标记可能是显性的，无法区分纯合子标记可能是显性的，无法区分纯合子与杂合子。与杂合子。（二）（二）DNADNA分子标记的类型分子标记的类型http:/ Amplified Polymorphic DNARandomly Amplified Polymorphic DNA）：）：这这也是基于也是基于PCRPCR的分子标记，用随机序列组成的寡核苷酸的分子标记，用随机序列组成的寡核苷酸作为引物通过作为引物通过PCRPCR反应获得的长度不同的多态性反应获得的长度不同的多态性DNADNA片片段。该方法的重复性性较差，且多数段。该方法的重复性性较差，且多数RAPDRAPD标记为显性标记为显性标记。标记。vSNPsSNPs（Single Nucleotide PolymorphismsSingle Nucleotide Polymorphisms）：）：指单个指单个核苷酸突变而产生的多态，只有两个等位基因。虽其核苷酸突变而产生的多态，只有两个等位基因。虽其多态性不高，但在基因组中多态性不高，但在基因组中SNPSNP的数量很大。如人类基的数量很大。如人类基因组中，单核苷酸突变的概率为因组中，单核苷酸突变的概率为1010-6-6左右，人类基因组左右，人类基因组约含约含3030亿个碱基，因而平均每亿个碱基，因而平均每10001000个碱基就有个碱基就有1 1个以上个以上的的SNPSNP标记。测定标记。测定SNPSNP最快速准确的方法是用最快速准确的方法是用DNADNA芯片技芯片技术。术。（二）DNA分子标记的类型http:/ Number Tandem RepeatVariable Number Tandem Repeat）：）：在真核生物基在真核生物基因组中存在许多串状重复序列，如因组中存在许多串状重复序列，如CACACACACACA 或或GTGTGT GTGTGT ，由于重复单位在个体间有很大差异，因而可作为一种遗传由于重复单位在个体间有很大差异，因而可作为一种遗传标记，不同的重复次数就构成不同的等位基因。按重复单标记，不同的重复次数就构成不同的等位基因。按重复单位大小可分为位大小可分为微卫星微卫星标记和标记和小卫星小卫星标记。标记。微卫星标记微卫星标记（Microsatelite MarkerMicrosatelite Marker）的重复单位在的重复单位在6 6个碱基对以内，个碱基对以内，或称简单序列重复（或称简单序列重复（Simple Sequence RepeatSimple Sequence Repeat，SSRSSR）。小）。小卫星标记（卫星标记（Minisatelite MarkerMinisatelite Marker）的重复单位大于）的重复单位大于6 6个碱个碱基对基对 。对。对DNADNA的微卫星多态性，可设计特定引物通过的微卫星多态性，可设计特定引物通过PCRPCR加加以鉴别。对小卫星多态性，可用重复单位的同源序列作为以鉴别。对小卫星多态性，可用重复单位的同源序列作为探针进行探针进行RFLPRFLP分析。分析。（二）（二）DNADNA分子标记的类型分子标记的类型http:/ PCR扩增及电泳结果-+http:/ PCR扩增及电泳结果-+http:/ 扩增产物变性聚丙烯酰胺电泳检测-+http:/ 其中前其中前3 3项是目前家畜遗传育种中研究得最多的内项是目前家畜遗传育种中研究得最多的内容，可望在家畜育种中得到广泛应用。容，可望在家畜育种中得到广泛应用。（三）DNA分子标记的作用http:/ Trait LociQuantitative Trait Loci）理论上是指所）理论上是指所有影响数量性状的基因位点。实际上，通常是将那些有较有影响数量性状的基因位点。实际上，通常是将那些有较大效应的、可被检测出的基因或染色体片段称为大效应的、可被检测出的基因或染色体片段称为QTLQTL。当。当一个一个QTLQTL就是一个基因时，该基因就是主效基因。若对影就是一个基因时，该基因就是主效基因。若对影响数量性状的各个单基因都有清楚的了解，将大大提高对响数量性状的各个单基因都有清楚的了解，将大大提高对数量性状选择的有效性的准确性，同时还可利用克隆、转数量性状选择的有效性的准确性，同时还可利用克隆、转基因技术等对群体进行遗传改良。基因技术等对群体进行遗传改良。uQTLQTL检测的方法：检测的方法：主要有标记主要有标记-QTL-QTL连锁分析法（连锁分析法（Marker-Marker-QTL Linkage AnalysisQTL Linkage Analysis，又称基因组扫描法）和候选基因，又称基因组扫描法）和候选基因分析法（分析法（Candidate Gene ApproachCandidate Gene Approach）两种。）两种。1、QTL检测http:/ F1M1 Q1M2 Q2M2 Q2M2 Q2M2 Q2M2 Q2回交一代M1 Q1M1 Q1 M1 Q1M2 Q2M2 Q2M2 Q2M1 Q2M2 Q2M2 Q1M2 Q2亲本型个体重组型个体http:/ F2 分离群体，构建了鸡RAPD连锁图谱，用区间作图分析法，对鸡19种产肉性状基因位点（QTL）进行定位和效应分析。连锁图谱包含32个RAPD标记，分布于5个连锁群；检测到控制17种产肉性状的QTL 35个，控制鸡胫长的主效基因2个。该论文在畜牧兽医学报发表，全国家禽研究会交流，引起同行专家高度重视。鸡产肉性状与分子标记的连锁分析鸡产肉性状与分子标记的连锁分析http:/ 标记标记-QTL-QTL连锁分析法的优、缺点连锁分析法的优、缺点v优点：优点：成功率高。可检测出基因组中所有的QTL。因为标记覆盖整个基因组。v缺点缺点:成本高，耗时长。因测定标记基因型及个体数多。统计分析难度大。方法及计算复杂，统计量的分布不确定，对多性状、多染色体分析时犯型错误的概率大。很难精确定位。只能给出QTL位点的一个估计值或一个置信区间。不便应用。实际育种群多为远交群体，标记与QTL间的关系因家系而异，用标记-QTL连锁分析找到的QTL很难直接用于这些群体。http:/ 采用候选基因法对猪产仔数分子标采用候选基因法对猪产仔数分子标记及其效应的研究结果记及其效应的研究结果 通过对ESR、PRLR、FSHR和RYR1四个基因与猪产仔数间的关系及第八号染色体上的 9 个微卫星分析研究，初步确立了三个新的猪产仔数分子标记：雌激素受体基因（ESR）第八外显子内的ESRB酶切位点。促卵泡生长激素受体基因（FSHR）第七外显子的FSHRB酶切位点。猪第八号染色体上的SWR1101微卫星。http:/ ESR基因的BB基因型；ESRB酶切位点的AA型；FSHRB酶切位点的BB型；猪催乳素受体(PRLR)基因的AA基因型；RYR1基因的BB基因型等。用这5个分子遗传标记选择母猪，群体窝平产仔数可提高2.2头。对提高母猪产仔数有利而不影响仔对提高母猪产仔数有利而不影响仔猪生长的分子标记有猪生长的分子标记有5 5个个http:/ ESR基因的AA基因型；ESRB酶切位点的BB型；FSHRB酶切位点的AA型；PRLR基因的BB基因型；微卫星SWR1101的BD基因型。对提高母猪产仔不利的分子标记也有5个http:/ 候选基因分析法的优、缺点候选基因分析法的优、缺点 优点优点 统计检验效率高。只要是QTL，就能检测出来。应用范围广。只需一个世代的群体，结果可用于任何群体。成本低，容易实施。因为是对单个基因进行分析，而非对整个基因扫描。便于应用。一旦确定某个候选基因就是QTL，可直接用于遗传评估，而不必借助其它标记信息。缺点缺点 不能找出所有的QTL。难以确定候选基因就是QTL。除非候选基因的效应非常大，否则其效应很有可能是与其连锁的一个或几个相邻QTL之间连锁不平衡造成的。所以在候选基因的效应未被明确证实之前，不能轻易下结论http:/ ESR基因 RN基因、羊的Booroola基因、肉牛的Double Muscling基因等。标记辅助选择（Marker Assistant Selection）：当QTL的基因型不能直接测定，只能根据标记信息推测时，就可根据与QTL紧密连锁的Marker进行选择。2 2 标记辅助选择（标记辅助选择（MASMAS）http:/ 标记辅助选择的前提标记辅助选择的前提 若若M M与与QTLQTL在传代过程中有可能发生重组，就会导致在传代过程中有可能发生重组，就会导致选择错误。因此，进行标记辅助选择的前提条件是：选择错误。因此，进行标记辅助选择的前提条件是：父亲在父亲在MarkerMarker和和QTLQTL上都必须是上都必须是杂合子杂合子；父亲的父亲的MarkerMarker和和QTLQTL的的连锁相已知连锁相已知；能准确判断后代从父亲处获得了哪个能准确判断后代从父亲处获得了哪个MarkerMarker等位基等位基因（母亲的因（母亲的MarkerMarker基因型是纯合子）。基因型是纯合子）。http:/ 2）标记辅助选择的策略）标记辅助选择的策略http:/ Bv两阶段选择两阶段选择降低育种成本！基因型选择EBV选择第一阶段：(生产性能测定之前)第二阶段：(生产性能测定之后)利用标记或主基因信息利用表型和系谱信息性能测定2 2）标记辅助选择的策略）标记辅助选择的策略http:/ Cv早期选择早期选择缩短世代间隔！选 择基因型信息亲代信息同胞信息繁殖生物技术+2 2）标记辅助选择的策略）标记辅助选择的策略http:/ QTLQTL效应的大小。效应的大小。MarkerMarker与与QTLQTL的连锁程度。的连锁程度。选择的世代数。选择的世代数。常规选择的效率。常规选择的效率。常规选择非常有效，则标记辅助选择常规选择非常有效，则标记辅助选择的效应不显著；反之，常规选择效率越低，则标记辅助的效应不显著；反之，常规选择效率越低，则标记辅助选择的优势越明显。选择的优势越明显。3 3）影响标记辅助选择的效率的因素）影响标记辅助选择的效率的因素http:/ 利用微卫星DNA标记分析四川乌骨鸡种群的遗传多样性 利用家禽基因组中的10个微卫星标记，对四川6个乌骨鸡种群的等位基因频率、各群体的遗传杂合度、群体间的遗传距离等进行了分析。表明各乌骨鸡群体的遗传多样性较为丰富，并具有较高的选择潜力，各乌骨鸡种群间有一定的遗传距离。研究结果对开发利用我国优良地方鸡种的遗传资源具有重要的参考价值。http:/ 限制性酶切片段长度多态性（mtDNA RFLP）进行分析研究，结果表明：中国地方猪种有四种mtDNA RFLP类型；长白猪有三种mtDNA RFLP类型，其中一种与中国地方猪种相同。根据mtDNA RFLP多态性聚类，中国地方猪种与四川野猪的亲缘关系较近，与越南野猪和长白猪的亲缘关系较远。中地方猪种mtDNA的变异程度较低，说明其遗传多样性比较贫乏，提示中国家猪可能起源于一个共同的祖先。猪遗传多样性及起源与进化研究http:/ 采用mtDNA RFLP 和 RAPD 技术分析了16个中国家鹅品种和2个欧洲家鹅品种及2个杂交种共220只个体的核内基因组和核外基因组的多态性。是我国首次对鹅在分子水平的研究报道，获得了一系列重要研究成果，其研究水平得到较高评价，论文在畜牧兽医学报发表，并得到多次引用和检索。中国主要家鹅品种的遗传多样性及起源分化研究http:/