养牛学牛的遗传改良与现代育种技术ppt课件

第5讲 牛的遗传改良与现代育种技术,第1节 牛的纯种选育与保种 第2节 牛的杂交繁育 第3节 生物新技术与牛的育种 第4节 牛育种工作的组织措施,1,第1节 牛的纯种选育与保种,一、纯种选育方法 （一）牛品种选育的性状 质量性状：服从孟德尔遗传规律，主要受遗传控制（体形外貌） 毛色、角型、血型、遗传缺陷（CVM）等 由单一常染色体基因突变造成，隐性遗传 造成流产、脊椎弯曲等,2,数量性状(QTL)：微效多基因控制，受遗传和环境双重控制 产奶性状（产奶量、奶品质、产奶指数） 生长发育（出生重、断奶体重、成熟体重、日增重） 产肉性状（屠宰性状、肉质性状） 繁殖性状、适应性、抗病力,3,（二）种牛的遗传评定,常规种公牛后裔测定法 后裔测定规程 育种值估计方法 分子标记辅助选择法,4,（1）中国荷斯坦 青年公牛后裔测定规程,1、常规种公牛遗传评定法,5,奶牛群体遗传改良是奶牛生产的重要基础工作 奶牛群体遗传改良是协会工作的中心任务 优秀种公牛的选育是群体遗传改良的重中之重 奶牛后裔测定是选育优秀种公牛的最可靠方法 奶牛养殖标准化首先是良种标准化 中国奶协育种委员会始终重视“标准”的制定工作 公牛后测标准是其他相关标准的集成,前言,6,初选,待定青年公牛,N个验证公牛(X%),育种值估计 综合选择指数,7,后裔测定组织结构,在农业部畜牧行政主管部门领导下，由中国奶业协会育种专业委员会负责组织相关单位实施。各地奶牛育种和推广机构负责后裔测定公牛冻精的分发及相关数据的收集。 参加后裔测定的公牛站须持有“种畜禽生产经营许可证”,8,后裔测定牛场须通过中国奶业协会育种专业委员会认定。 中国奶业协会育种专业委员会负责全国后测数据的收集汇总和结果发布。,后裔测定组织结构,9,后裔测定实施方案,1、参加后裔测定公牛站要求 公牛站设有专门的育种部门，有专人负责组织实施，具备培育优秀种公牛的能力，承担后裔测定费用。,10,2、待测青年公牛要求 公牛编号采用全国统一编号，具有三代以上完整系谱。每年春秋两次后裔测定的系谱上报截止日期为当年的1月31日和8月31日，到上报截止日期时年龄必须在21月龄以内。 （1）系谱审定：（2）个体生长发育与健康 （3）繁殖性状：（4）DNA鉴定：,后裔测定实施方案,11,后裔测定实施方案,3、后测公牛冻精的提交和分配 每头测定公牛提供冷冻精液600头份 统一分发至后裔测定指定牛场 每头公牛的精液应至少分配到不同地区的20个牛场。,12,4、后测试配 后测试配应遵循随机原则 后测试配应在4个月内完成 地方单位必须在精液分发后6个月内将配种记录报送中国奶协数据中心,后裔测定实施方案,13,后裔测定实施方案,5、公牛女儿出生记录 每头公牛健康的女儿应全部保留下来，公牛女儿出生记录必须在精液分发后18个月内将记录报送至中国奶协数据中心。,14,后裔测定实施方案,6、公牛女儿配种及产犊记录 公牛女儿在1518个月龄进行配种 公牛女儿配种记录必须在精液分发后36个月内将其配种记录报送中国奶协数据中心 公牛女儿产犊记录必须在精液分发后48个月内将数据报送中国奶协数据中心,15,后裔测定实施方案,7、公牛女儿出生记录 公牛女儿头胎产犊后，进行严格的生产性能测定，详细记载其产奶量和乳脂率、蛋白率和体细胞数,生产性能测定数据由省级奶牛生产性能测定中心上报中国奶协数据中心。,16,后裔测定实施方案,8、公牛女儿体型评定 公牛女儿应在产后90120天时进行体型评定 外貌鉴定由中国奶业协会认定的鉴定员评定 评定标准采用9分制中国荷斯坦奶牛体型评定规程 结果报送中国奶协数据中心，,17,9、公牛育种值估计 数据中心采用测定日模型估计公牛育种值，并计算中国奶牛性能指数（CPI） CPI由中国奶业协会育种专业委员会负责制定。 10、后测成绩公布 待测公牛全部女儿完成第一个泌乳期之后，通过遗传评定，经农业部授权由中国奶业协会进行统一发布后裔测定成绩。,后裔测定实施方案,18,（2）育种值的估计,个体育种值：简称育种值，又称为种用价值，在决定数量性状表型值的遗传效应中，只有基因的加性效应(A)能稳定遗传给下一代， 个体加性效应(A)的高低反映了该个体在育种上贡献大小，因而称其为育种值 估计育种值(estimated breeding value ，EBV)：由于育种值是不能直接度量，只能利用统计学原理和方法，通过表型值和个体间的亲缘关系进行估计，由此得到的估计值称为估计育种值。 估计传递力(estimated transmitting ability，ETA)：个体育种值的一半能够传递给下一代，在遗传评估中将它定义为估计传递力,19,育种值估计的信息来源,20,育种值估计方法的分类,单性状的育种值估计(个体育种值) 根据单一信息来源进行估计 本身、同胞、后裔、系谱 根据多种信息来源进行估计 复合育种值估计 单性状的BLUP 多性状的育种值估计(综合育种值) 综合选择指数 多性状的BLUP,21,MCC法：改进的同期同龄比较法,PD：R（D-MCA+SMG）+（1-R）GA R：重复力 D：公牛女儿平均产奶量 MCA：与公牛女儿同期同龄记录均数 SMG：同期同龄母牛父亲平均遗传值 GA：遗传组平均数，每组公牛的MCD值,22,最优线性无偏估测法(BLUB),Best linear unbiased prediction 将所有重要的系统环境影响和遗传分组固定效应都考虑进去,通过混合模型模型方程组得到最准确而又可靠的个体育种值预测值的方法 混合模型方程组的解与BLUP估测值等价,23,各种性状的遗传力与遗传相关,(一)泌乳性状,24,生长发育与产肉性状,25,（三）选配,有目的地安排公母牛交配，以期达到后代将双亲优良性状结合在一起、培育出优秀种牛的目的。 向着一定的育种目标，按照一定的繁育方法，根据种畜本身的品质（如体质外貌、生长发育、生产性能等）、年龄、血统和后裔等多个方面，进行全面考虑，为种畜选择最适当的配偶，以获得更理想后代的育种方法,26,27,28,29,30,31,选配方法,品质选配（同质选配、异质选配） 亲缘选配 年龄选配 等级选配 选配体系,32,品质选配,同质选配 相同的配相同的，好的配好的 稳定遗传性能，巩固优良品质 长期、亲缘关系 生活力下降、对环境适应力减弱、缺点加深 异质选配 品质具有不同优点的种公母牛相配 切忌弥补选配,33,亲缘选配,对最杰出的个体采用亲缘选配 必须仔细研究选配公牛与母牛间的品质 加强饲养管理 奶牛对亲交的有害影响比较敏感，肉牛可耐受较大强度的亲交 拟亲交的种公牛和母牛，进行异地环境培育 成功案例短角牛,34,年龄选配,幼龄选配 生活力强 晚熟 低产 壮年选配 最理想 生命力强、长寿、生产性能高 老年选配 高度早熟、繁殖力低、低产、生活力不稳定,35,等级选配,最高等级的母牛，必须与最高等级的公牛交配 低于最高等级的母牛，必须与比它等级高或起码是同级的公牛交配 不可绝对化 注意与品质选配结合,36,（四）繁育方法,近交繁育 纯种选育 创造品系 长期近交 生活力、繁殖力下降 有害隐性基因纯合 切忌无计划近交 必须伴随选择,37,品系繁育：由杰出的系祖培育出来 建立品系 培育系祖、创造亲缘群、整顿类型（品系分群） 固定品系-利用近交 丰富品系-品系间杂交,38,二、引种,目的明确，优秀品种 开始少引为宜 纯种繁育 防疫隔离,39,引种方式 活体引种 引进冻精 引进胚胎,40,三、保种,目的是为了利用 保种方法 划定保种区 现代生物技术保种（胚胎、精液）,41,42,43,44,45,第2节 杂交利用,一、杂交方法 级进杂交 育成杂交 导入杂交 轮回杂交 终端公牛杂交体系 轮回终端公牛杂交体系 经济杂交,46,二、杂交利用,为了获得具有高度经济利用价值的杂交后代，增加商品牛数量和降低成本，满足市场需要所进行的杂交 杂种优势 种间杂交 公黄牛x母牦牛,47,三、杂交方法在我国养牛生产中的应用,乳改：引入荷斯坦 肉改：引入良种肉牛品种 引入优秀水牛品种 杂交改良当地品种 淘汰耕牛,48,第3节 生物新技术与牛的育种,胚胎工程 基因标记辅助选择（QTL） 基因育种（质量性状）,49,1978年我国首次牛 胚胎移植成功,1982年我国首次牛冷冻（常规）胚胎移植成功,一、胚胎工程技术育种,50,（一）奶牛MOET育种体系,51,我国胚胎工程技术里程碑,2003年我国成活的12头克隆牛,52,1989 年，黄牛受体所生 同卵孪生二分胚犊牛,1987年，奶牛受体所生 同卵孪生二分胚犊牛,胚胎工程育种里程碑,53,体外受精胚应用的基本原则,通过体外受精技术生产优质胚胎是胚胎移植技术应用与推广的重要技术路线 体外胚推广的基本原则： 来源清楚、资料齐全 技术成熟、成功率高（40） 技术成本低（体内胚的10分之1） 符合兽医检疫条款 符合胚胎管理条例条件，商业运作,54,（二）体细胞克隆技术的应用前景,体细胞克隆技术是高新生物技术之一 该技术的成功证明了人类控制生命的能力 技术本身仍有许多未解的难题 技术成熟后，预测可在一定领域应用 克隆是复制，不能创新，不是育种技术,55,2,（三）精子分离与性控胚胎生产技术,XY精子分离是最彻底地解决了奶牛性别控制技术 分离精液因有效精子数量少，成本高，难于推广 构建活体采卵体外受精（单精注射）胚胎移植的性控胚产业化技术体系，是最佳应用策略,56,分离精子的理论基础,X/Y精子DNA含量不同,正常双倍体公牛的染色体组型：58常染色体1X染色体1Y染色体。,正常双倍体母牛的染色体组型：58常染色体1X染色体1Y染色体。,57,Bovine Sperm Chromosomes,X-Sperm N=30,Y-Sperm N=30,精子为单倍体,29条常染色体和1条性染色体。 X精子携带X性染色体，与卵子受精后产生雌性后代； Y精子携带Y性染色体，与卵子受精后产生雄性后代。,58,X Sperm,Y Sperm,Bull DNA Content Difference 3.8%,29 Somatic Chromosomes plus X chromosome,29 Somatic Chromosomes plus Y chromosome,59,Species Difference (%) HUMAN 2.9% RABBIT 3.0% SWINE 3.6% CATTLE 3.8% DOG 3.9% HORSE 4.1% SHEEP 4.2% TURKEY 0%,DNA CONTENT OF X AND Y SPERM,60,流式细胞仪精子分离理论基础,X和Y精子DNA含量存在差异（XY）; 荧光染料HOECHST 33342 着色差异; 激光照射后荧光信号差异-X强于Y; 荧光信号通过分离仪信息芯片处理； 含X/Y精子的液滴通过高压电场处理； 携带不同电荷的液滴在电场作用力的引导下，落入左右两旁的收集容器中，X精子和Y精子得以分离。,61,精子稀释后与荧光染料Hoechest 33342共培养 精液经高频震动，形成一滴滴流动的包含有X 精子或者Y 精子的微小液滴； 液滴与激光交截，精子上的荧光染料被氩离子紫外激光（350nm）激发，产生蓝色激发光（460nm） X精子所含有DNA比Y精子多，其结合上的荧光染料就相对比较多，所激发出的荧光会比Y更强,流式细胞仪分离精子的程序,62,荧光信号通过光电倍增管（PMT）探测并转变成电信号 信息处理芯片根据DNA含量的差别分辨出X精子或是Y精子 处理得到的信息迅速反馈回到液滴上，使之充上正电荷或者负电荷,63,喷嘴产生高频率震动，喷射出的液柱形成一滴滴包含有X精子或者Y精子且带有正电荷或者负电荷的液滴 液滴的两旁放置有电极，产生高压电场，携带不同电荷的液滴在电场作用力的引导下，落入左右两旁的收集容器中，X精子和Y精子得以分离,64,流 动 细 胞 仪 检 索 分 离 法,65,广西大学动物繁殖研究所,SX MoFlo,BD Cell Sorter,66,BD公司流式细胞仪,精子分离Chamber,67,流式细胞仪精子分离效率,回收率低 大量精子浪费 准确性高 可达90%以上 成本高 奶牛性控冻精200元/支 比较 普通冻精标准 800万/ml 性控精液 200万/ml,68,二、转基因动物育种,转基因动物是指用试验导入的方法将外源基因稳定整合到自身染色体内并能稳定遗传的一类动物 20 世纪90 年代初,美国Genzyme Transgene 公司通过原核显微注射法获得了世界上第1 头转基因公牛 荷兰的GenPharm 公司用相同的方法也培育出含人乳铁蛋白的转基因牛,69,转基因动物,乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),用于提高动物生长速度,70,转基因动物用于改善畜产品的品质,例如将 导入奶牛基因组，使转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大 。,乳糖酶基因,减低,71,三、牛的基因组学与标记辅助选择,分子标记辅助选择（MAS，marker-assisted selection）是随着现代分子生物学技术的迅速发展而产生的新技术，可以从分子水平上快速准确地分析个体的遗传组成，从而实现对基因型的直接选择，进行分子育种 遗传标记是指一切受基因控制、能够稳定遗传、可准确鉴别、能反映个体特异性的遗传特征，包括形态标记（Morphological marker）、细胞标记(Cytological marker)、生化标记(Biochemical marker)或蛋白质标记和分子标记(Molecular marker)或DNA分子标记,72,以分子杂交为基础的DNA标记技术 限制性片段长度多态性 (RFLP)、DNA指纹技术（DNA Fingerprinting）、原位杂交（In situ hybridization）等 聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction，PCR)为基础的各种分子标记技术 随机扩增多态性DNA标记(RAPD)、简单重复序列中间区域标记(ISSR)、扩增片段长度多态性标记(AFLP)、简单序列重复标记(Simple sequence repeats，SSR) 基于测序的新型分子标记 单核苷酸多态性(SNP)，由基因组核苷酸水平上的变异引起的DNA序列多态性，包括单碱基的转换、颠换以及单碱基的插入缺失等,73,牛结构基因组学 利用测序和作图技术建立遗传图谱 连锁图谱、物理图谱、 牛功能基因组学 揭示基因的生物学功能 基因芯片,74,第4节 奶牛育种工作的主要领域,构建奶牛良种遗传改良技术体系 培育新品种和品系 充分利用奶牛（奶畜）品种资源 通过品种间杂交利用杂种优势,75,（一）奶牛新品种（系）的培育,奶业发达国家的奶牛良种一般以荷斯坦牛为主，同时还使用多个品种,76,各国根据本国的条件，又选育了适合国情的新品种,巴西培育了耐热品种吉洛兰多牛,（一）奶牛新品种（系）的培育,77,根据我国的奶业发展的需求，我国应开展一些新品种（系）的培育工作,高蛋白荷斯坦新品系的培育 乳蛋白是奶中最重要的营养成分 与其他品种相比，荷斯坦牛乳蛋白含量较低 荷斯坦牛群中有较高乳蛋白的遗传变异 通过特定的选育技术可望培育高乳蛋白品系,南方耐热新品系的培育,（一）奶牛新品种（系）的培育,78,（二）充分利用奶牛品种资源,我国有一些宝贵的奶牛品种资源 由于养殖奶牛品种上的“趋同化”，导致许多地方奶牛品种退化，甚至濒危 奶牛品种资源亟待提纯复壮，利用提高,79,（二）充分利用奶畜品种资源,我国还有部分奶畜资源，如水牛乳用化 水牛和奶山羊具有很强的适应性和较高的效率 在以奶牛为主的奶业中应关注这些地域性很强的奶畜的改良工作,80,（三）通过品种间杂交利用杂种优势,近年来许多国家在生产牛群中开展部分杂交工作，以获得杂种优势，诸如：,德国：德系西门塔尔荷斯坦，乳肉均衡生产 新西兰：娟姗牛荷斯坦，提高乳成分，降低难产率 美国：瑞典红牛荷斯坦，缩小体型、降低难产率 法国：诺曼第牛蒙贝利亚荷斯坦 ，提高生产效率 巴西：吉洛兰多吉尔牛，提高对热带的适应性,我国也应筛选几个杂交组合，在生产群中利用杂种优势,81,