分子育种技术及其在猪育种中的应用研究进展_陶宝成.pdf

66ealthy breedingH健康养殖分子育种技术及其在猪育种中的应用研究进展陶宝成（余江区农村综合服务中心 335200）摘要：目前，中国的生猪育种工作由于受到资金、科技等各种因素的制约，大范围采用的还是中国传统的生猪养殖技术。随着社会市场经济的发展，传统的生猪养殖技术所制造的猪肉类产品无法满足市场需求，因此应该开发更加快捷、精确的生猪养殖技术。改良猪的品种，才能跟上社会经济发展的步伐。关键词：分子育种；猪育种；应用研究分子养殖科技，是中国生猪养殖领域一个较为先进的技术手段，已变成中国国内科学院所的研究热点领域之中。分子选育实质上是利用 DNA 重组技术来进行动物特性调整的方式，属基因分子遗传学范畴。1 分子育种技术介绍目前分子选育的主要方式有标志辅佐筛选、转基因技术和主效转录基因组利用三种，其中标志辅助选择技术是较为普遍的一种。标记与辅助筛选应用于在家畜中，已有明确定位的部门有同样或类似功用的基因组聚集分配在总染色体的某一区段上，而对各部门基因组的功用机制并不清楚的情形，可以采用与主要产品特征座位连锁的 DNA 标志，来进行评价哺乳动物个体的产品能力。这一方式，利用了大量表类、系谱信息和遗传标志中的重要信息，与过去仅使用表类和系谱信息的常规遗传筛选方式比较，拥有了更大的信息量。分子养殖科技，是中国生猪养殖领域一个较为先进的技术手段，已变成中国国内科学院所的研究热点领域之中。分子选育的实质上是利用 DNA 重组技术来进行动物特性调整的方式，属基因分子遗传学范畴。分子选育技术的使用可使得种猪遗传属性不能因为自然环境及性状的变化而发生变化，具有稳定、快捷的特性，有很大的使用价值。由于当地猪种具有对自然环境的适应能力强、抗病性好、生长力高等特性，且遗传背景资料丰富，通过进行对当地猪种主要经济特征基因的检测、定位与功效评估等工作，能够为小分子育种的大规模创造更多资料，促进具有更高经济性状种猪的繁殖发展，对当前地区种猪资源开发与利用有着重要意义。2 猪育种技术的发展社会经济的发展对生猪的选育技术有更高的需求，就中国养猪业的历史发展过程来说，表类型选择即传统的选育技术，实际上是通过选择一些优良的生猪个体，作为后代的方式培育种猪，从而造成了生猪的选育周期较长、管理难度大、产量缓慢、经济效益不明显等问题。但随着数量遗传学理论的进展，为改善这一状况，育种专家们通过相应的统计方式从中测算出生种猪选育真实遗传的重要部分及选育价值，使生猪的选育技术从传统表数值选择逐渐发展，并转变为高育种价值选择。随着生猪的选育技术日趋完善，人们通过构建种猪基因组信息数据库作为生猪选育的主要遗传资料来源，采用标记与测试的先进高分子生物技术，优化并选择出了最优化的选育方法。这样就大大降低了猪育种技术的使用难度和生产成本。3 分子育种技术在猪育种中的应用3.1 生长发育相关性状基因的分子诊断猪成长与发育方面的候选基因组研究重点，包括了初生牛犊不怕虎重、发育速率快和日增重高等，重点包括的有 IGF2、MC4R、MSTN、MyoG、pGH、Ob、FUT1 等基因组。IGF 二是一类胰岛素样生长因子，它可以促使脂类堆积，从而增加猪背膘厚，对仔猪的生长速度和发展、瘦肉率等有重要负面影响。VAnLAere 等在 IGF 二内含子三的三千零七十二位点上出现了一种 G 突变的 a，变种人个体瘦肉率和肌肉重量均较野生种个体为高。宋成义等人利用 PCR-RFLPs 技术，研究了 GH 基因的部分突变基因位点，及其对姜曲海猪产量特征的影响，从而证实了其 GH 基因 Apal 酶切突变基因位点，G4G4 基因型个体在 070d 中，日增重和 70d 母猪产量特性中的平均体重，都极显著地高于 G3G3/G3G4 基因型个体。赵晓枫博士等人对金华猪 IGF 十五的调控序列微卫星座位研究，证明二百七十四 bp 和二百八十六 bp 的等位基因都能提升初生牛犊不怕虎重能力，而二百八十 bp 的等位基因则有助于第二孩出生后窝重的提升。3.2 繁殖性状相关基因的诊断仔猪生殖特性中有关候选基因组的研究重点，一般涉及仔猪生产性能乳头数和产仔数量等，而相应的候选物基因组研究也得到了较大发展，目前大致有 ESR、OPN、RBP4、PRLR、RARG、NCOA1、MTNRIA、GnRH、GnRHR、LH、LHR、FSHR 等遗传体。随着人类生活的提高，人们对食品的质量要求也变高，也对猪肉的质量要求高。肉类性状属生物数量性状，重要的评价因素有肉色、pH、香味、多汁率等，而与肉质好坏有关的基因一般有：RYR1、RN、MyoD、CaMK、CAST 等。程丰等对新荣昌 I 系猪群的 CAST 基因组多态解析，在首先得到的 CAST/MspI 酶切位点中，DD 基因组型和肌脂浓度IMP 值（%）呈显著正相关性；在 CASTRsAl 的酶切位点中，EF 基因组型和失水率相同的 LMR 值（%）之间出现着明显的负相关性。而朱砺等人研究了 MyoD 基因在不同种类猪肉中的分布状况，结果显示在中国大部分地方猪肉群体中，C 基因组的分布情况有着绝对主导地位，且大多以杂合子 AC 形态出现。而突变型 A 基因组对胴体特性和胴体层次特性的负面影响也很大，能极明显地提高胴体瘦肉度和眼肌面积，从而减少皮脂的分泌数量，从而增加腿臀比重，提高胴体高度，但同时也会降低猪肉质量。3.3 毛色基因的分子诊断毛色与血型、生化和生物分子标记都是一个可使用的遗传性标志物，通过研究毛色有助于评价猪种的纯性、血缘关联性、遗传稳定性等，从而依据毛色遗传性变化规律就可开展杂交繁殖研究，并且为适应市场的需要，还可能对生猪的毛色加以选择。今日畜牧兽医67Kijas 等人分析了 7 个猪种中的 MCIR 编码区后发现，猪MCIR 含有 4 个突变体，相对于 5 种不同的 e 等位基因，而不同的等位基因又相对于不同的突变性，并 6 个中国地方种猪深入研究发现，中国当地猪种在 MCIR 位点包含了高频度的显性黑等位基因 EDI。4 猪分子育种的发展趋势4.1 分子选育是未来生猪养殖的一个关键方法因为分子育种技术是直接从 DNA 水平上对动物性状基因型进行筛选，所以选育的准确度也会明显提高，同时转基因技术的运用还可以按照人类的特殊需要创造出一种非常规特性的畜牧产物，所以分子育种技术是目前动物遗传育种学科发展的主要趋势，它将是 21 世纪动物养殖的一个主要方式，也是未来猪养殖的一个主要方式。但是我们也必须看到分子育种的缺点，并不是任何特性的改良都能够采用分子育种技术来完成，如在动物性状的遗传度较高时，常规的表型筛选和 BLUP 方式就可以达到较好的效果。4.2 功能基因组研究与蛋白质组学，将是今后生猪分子化养殖的二个全新的研发热点生物学功能的主要实际表现为蛋白质结构，但由于蛋白质有其自己独特的化学活动规则，如蛋白质表达水平与表达时限，翻译后修饰、加工技术，还有蛋白质与蛋白质互相关系、蛋白质与其他生物学高分子内部的功能等，因此它们都没法从基因组技术水平上得到有效解决，由于基因组仍存在着很大的缺陷，目前世界科研组织和学术界已把对生命功能研究的主要目标，从阐明生命结构的所有关键基因组技术信息迁移到在生物学关键基因分子整体技术水平上对其功能的深入研究。4.3 提高对当地母猪的功能基因组研究是今后中国开展母猪分子研究的关键中国当地猪种具备生活力高、品质好、抗病性高、适应性强等优异特点。随着国际上养猪研究领域从增加繁殖速度和饲养报酬向增加肉质、抗病性和繁殖力的转化，中国当地猪种在全球养猪研究中的影响力愈来愈高，同时也越来越引起国际上的养殖专家和学者的重视。所以，通过积极开展对中国地区猪种遗传资源的深入研究，对与育种密切相关的主要性状遗传学以及主效基因开展克隆、检测、定位和功效评估，不仅能够掌握最基础的遗传信息，而且为中国地区猪种遗传资源研究与遗传改革奠定了扎实的研究基础，从而掌握拥有自主知识产权的功能性新基因技术，并促进了中国地区生猪小分子育种的应用研究。4.4 国际联合攻关研究是促进中国猪分子育种技术进入实用化的重要目前，由于中国动物分子育种方面科研实力较为分散，研究人员、资金等均未能进行优化配备。目前全国许多农业院校和国家级重点畜牧科研机构都在进行动物分子育种方面的科学研究，技术条件不具备的则正在进行积极筹备。同时因为研究梯队散乱，研究方向不确定，研究内容在我国处于一个无序竞争和简单复制的态势，这样就很难完成大课题，做出大成绩，同时也就难以进行重大研究成果推广。所以，建议我国可按畜种规模或集中建立集分子标记研究、分子育种、生物信息学与转基因技术研发为一身的我国哺乳动物（猪）分子育种研究中心或研发基地，集聚我国的优势资源，联合攻关，从而促进中国的生猪分子育种技术迅速步入实用化阶段。5 基因组分析与猪的育种遗传学组体分析是指对遗传学组的构造与功能的解析，其内容是运用 DNA 重构信息技术精确地判断在畜禽中掌握的重要经济社会特性位置或数量特性位置在遗传学组上的基因遗传结构与物理地位，并运用这种信息技术对畜禽种类实施调整。当中，最具有前景的是在建立遗传图谱的科学技术基石上，对畜禽的主要经济性状基因组加以重新定位，并找到与 QTL 密切连锁的 DNA 标志，再通过标记辅助选择，以便于在 DNA 技术水平上对目标性状实行基因型优选，从而提高了家畜遗传性调整的速度与效果。常见的 DNA 标志方法有限制性片段长度多型性（RFLP)、随机扩增 DNA 多态性（RAPD)、微卫星 DNA和单核苷酸多态性（SNP）等。5.1 基因图谱的构建动物的基因组图谱是哺乳动物基因组体结构与功能研究和QTL 定位技术研究的重要基石，也是未来动物选育的主要理论基础与技术手段。人类建立动物基因组图谱的主要意义，在于认识动物生产特性、耐病力、耐应激特性等多种性状的基因组结构和功能，通过标记辅助筛选方法或基因型选法改良家畜，以及利用反求基因分离或处理一些关键基因组，研究各种动物基因组体型结构和进化关系等。在 20 世纪 90 年代，欧、美等的发达国家已相继开展了哺乳动物基因组体计划，而中国也于20 世纪末启动了家猪基因组体计划。利用动物基因组体定位，中国建立了猪的遗传图像，包括动物遗传图像和物理学图像。到目前为止，在猪遗传图谱中已被正确定位的动物基因组和遗传标记大约 1800 个，包括基因组 250 个，物理学图像有 600余个位点。目前遗传图像的范围已经可以让学者们开展 QTL 连锁分析。而中国的科研人员在动物基因组定位研究方面也做出了若干具有自主知识产权的突破性进展。比如成功从太湖猪中检测出了二个直接影响产仔数的主效转录基因，即雌激素受体转录基因（ESR）和促卵激素 亚基因（FSH)。其中，ESR是一个广泛存在的能调节母猪生产仔数的主效基因。5.2 数量性状主效基因的检测与利用测定经济数量特征主效基因组的主要手段有 2 类：一是连锁遗传研究，即使用多种 DNA 标记对参考分离群个体做连锁遗传学定位研究；二是候选基因组评估，即依据生理、生化理论，通过识别特定功能基因组及其对数量特性的遗传效能，筛选出对数量特性有深远影响的基因组结构和分子标志，从而估算出其效用价值。近年来，由于猪基因组计划的深入开展，某些重要经济特性的主效基因组已经或正在逐步被定位。如与生长和发育过程相关的肌肉生长抑素基因（MSTN)、生长激素基因组（GH)；与胴体特性相关的激素敏感性脂肪酶基因组（HSL)、脂蛋白脂酶基因（LPL)；以及与生产仔数相关的 ESR、；与肉质相关的氟烷敏感基因（Hal)、酸肉基因（RN）和肥胖基因组（Ob)；以及与抵御力相关的猪大肠杆菌 K88 受体基因组等都有较准确的位置，并有许多已在生猪的养殖中广泛使用。5.3 标志辅助选择性标志辅助选择性（MAS）是指利用分析与目标转录基因组68ealthy breedingH健康养殖密切连锁的分离标志，进行筛选目标基因型个体的一项选择性方式。MAS 由于充分利用了植物表型、系谱和遗传标志方面的信息，和常规选苗方式比较，拥有了更大的信息量。而且由于该种挑选方式较不易受环