|
数量遗传学理论在过去的动物育种实践中起到了非常重要的作用。生物技术的应用，特别是精液的冷冻保存技术和体外受精技术，大大提高了畜群的整体遗传水平和育种效益。分子遗传学的发展使得通过标记辅助选择（MAS）直接对基因型进行选择成为可能，动物分子育种正逐步成为21世纪动物育种的主要方法之一。生物信息学与动物遗传育种的结合，极大地推动了分子育种的发展，成为现代育种不可或缺的部分，尤其是在目前的高通量测序技术中发挥了举足轻重的重要作用。此外，一些先进的检测技术也加快了猪育种工作的进程。 1数量遗传学与猪育种 数量遗传学是遗传学原理与统计学方法相结合，研究群体数量性状的一门科学，在动物育种实践中起着主导作用。数量遗传学原理应用于育种实践，是在选择时通过提高群体中有利基因的频率，降低不利或有害基因的频率，进而使群体的生产性能得到大幅度提高。它通过提高遗传参数和育种值估计准确性来提高畜禽整体生产性能。数量遗传学包括3大核心：重复率、遗传力和遗传相关。借助遗传参数可以从表型值估计推断育种值，从而定量化地做出育种决策。 通过数量遗传学的方法与理论开展猪的育种工作，主要包括两个部分的内容：一是猪的遗传参数估计，二是猪的遗传评定。 从统计学上讲，遗传参数的估计可归结为方差或协方差组分估计。目前，随着统计算法的不断更新，遗传参数的估计变得越来越准确。 遗传评定即评估畜禽种用价值的高低，是畜禽育种工作的中心任务。畜禽种用价值的高低是用育种值来衡量的。用于育种值估计的方法概括起来主要有：选择指数法、群体比较法和混合线性模型法。其中混合线性模型法既可以估计模型的固定效应，得到其最佳线性无偏估计值，又能预测随机的遗传效应，得到最佳线性无偏预测值，因此，估计的育种值准确性大大提高。 2现代动物育种新技术与猪育种 现代分子生物技术的发展，给动物育种带来了新的活力。通过各种现代生物技术的综合应用，结合传统的育种方法，可大大加快育种进展。 2.1繁殖新技术与猪育种 2.1.1精液的冷冻保存技术 精液冷冻保存技术，可以使不同国家、地区的优良种公猪的精液便于交流，能将精子存活时间延长至多年，而且通过人工授精技术能大幅度提高优良种公猪的利用率，使优良种公猪获得大量的后代，从而扩大其在畜群遗传改良中的作用。此外，利用精液长期冷冻保存技术，可以更经济可靠地实现家畜遗传资源的保存（保种）。而胚胎的冷冻保存和胚胎移植在猪上使用得较少。 2.1.2人工授精技术 人工授精技术与精液的冷冻保存技术是相互配合的。运用体外授精器械将冷冻保存的精液输入适配母猪的生殖道内，可以做到大规模统一时间的集体配种，而且可以做到精液的公猪来源清楚可控，方便集约化种猪场实施育种工作。 2.2分子技术与猪育种 2.2.1分子遗传标记技术 2.2.1.1基因定位和构建基因图谱 动物基因定位是基因组育种的基石。基因定位的目的是为了研究有重要经济价值的基因。前提是构建能覆盖整个基因组的高分辨完整基因图谱。包括遗传图谱和物理图谱，进而弄清基因组全部核甘酸顺序。遗传图谱表明了种系细胞在减数分裂时基因座位之间发生重组的效率。从而标记出基因间的距离和连锁情况。物理图谱则表明了基因座位在染色体上的具体位置。基因定位的方法目前以家系分析、体细胞杂交和原位杂交为主。 2.2.1.2数量性状主效基因分析 畜禽中绝大多数有经济意义的性状都是受多基因控制并呈现连续分布的数量性状，蕴藏于基因组DNA中丰富的遗传标记可以将标记位点和数量性状位点（QTL）相联系。数量性状主效基因的分析方法有2种，一是连锁分析，即利用多DNA标记对参考分离群个体作连锁分析定位；二是候选基因鉴定，即根据生理生化理论鉴别某种功能基因对某数量性状的遗传效应，筛选出对该数量性状有影响的基因和分子标记，并估计其效应值。 2.2.1.3标记辅助选择（MAS） 与众多的生长性状相比，猪中已定位的QTL非常有限，短期内无法了解控制性状的机理，通过与QTL连锁的DNA标记评估个体的生产潜力是大多数情况下的育种模式，称为标记辅助选择。MAS不仅可在生命的早期开始，不必再等待生产性状完全表现，而且突破了限制性状从单性别选择的局限，对于破坏性试验选择的性状，如屠体、抗体性状也不必做昂贵的屠宰和疾病应激试验。因此缩短了世代间隔，提高了选择强度，增加了选择的准确性。 2.2.1.4杂交优势预测 一般而言，杂交优势与亲本品系间的遗传距离在多数情况下呈正相关，用DNA分子标记测定个体及亲本品系间的遗传距离，能辅助选择品系及个体间的杂交优势。部分研究已对此予以证实。刘荣宗等利用20个RAPD（随机扩增多态性DNA）标记测定猪的4个组合亲本间遗传距离，检测结果与以往的研究结果一致，反映了各亲本组合的真实遗传关系。但也有研究表明，一些亲缘关系远的组合中遗传与杂交优势的座位在不同组合存在差异，其程度与杂交优势有关基因的连锁关系在不同基因组合中的表现亦不尽相同。因此尚需研究大量的杂交组合，以了解其表现机理，才能有效用于育种实践。 2.2.2DNA甲基化 在以往的众多研究中可以得知DNA甲基化对基因的表达具有重要的调控作用。近几年来随着对于DNA甲基化研究技术的不断发展，人们对于DNA甲基化的研究取得了突飞猛进的进展。但是从目前的研究现状来看DNA甲基化研究集中于医学领域尤其是与人类相关的各种疾病。在中国的期刊网络数据库中约有99%的DNA甲基化来自肿瘤疾病的研究并且多集中在对于某一个基因的DNA甲基化研究上，而来自基因组水平的研究资料很少。因此从全基因组水平深入研究DNA甲基化在畜禽生命活动中的作用具有重要的生物学意义。 Yang等使用荧光标记的甲基敏感扩增片段多态性方法（F-MSAP方法）对莱芜猪不同组织及不同品种猪肌肉组织甲基化程度进行检验，并且通过对不同品种肌肉组织和甲基化程度进行统计检测分析来看在各个品种间的甲基化程度差异显着。通过数据分析发现各品种肌肉组织DNA甲基化程度与各品种肌间脂肪含量间不具有相关性。虽然现在没有相关研究证实DNA甲基化与动物的各种生产性状、屠宰性状有密切联系，但通过已知的信息可以推断出DNA甲基化可能与动物的遗传育种息息相关，尤其是杂种优势现象。在植物中已经通过对玉米杂交种及其亲本DNA甲基化比例的研究发现基因组表达活性与DNA甲基化存在显着负相关。由此认为杂交种DNA甲基化程度降低可能与杂种优势形成有关。现在已经开始有研究将DNA甲基化与动物的各种生长及屠宰性状之间进行相关性分析，只是尚未得出具体的结论且现有的研究成果尚不足以阐明DNA甲基化与杂种优势的具体关系。亲子代间甲基化各种差异类型与杂种优势的关系还有待于进一步的相关研究。 2.2.3转基因技术与猪育种 转基因育种是指通过转基因的方法，将外源的基因（包括种内和种间）整合到猪的基因组中或者将猪自身的基因敲除或沉默，借此来定向改变猪的性状，以转基因材料进行的育种。转基因技术作为育种技术的优点在于：不但可以打破物种界限导入其他物种的优良基因，也可以通过对物种内现有基因组的“精细手术”，获得依靠自然选择与人工选择无法获得的新基因组合。目前，转基因技术主要用作生物工程手段，作为分子育种技术尚处于探索阶段。但随着国家转基因重大专项的实施，转基因技术将会成为家畜分子育种的重要内容。转基因技术已成功运用于猪，获得了一些转基因猪。1985年，Hammer等通过显微注射的方法，将由小鼠MT-1启动子驱动的人生长激素基因（HGH）注射到猪、羊和兔卵细胞的原核中，该融合基因成功地整合到了猪和兔的基因组上并能正常表达。 我国的转基因猪也已取得了重要成果：1989年，中国农业大学陈永福与湖北省农科院生物技术研究所合作，将猪生长激素基因（GH）转入湖北白猪中，显着提高了生长速度与饲料利用率；湖北省畜牧所与中国农科院兰州兽医所合作，将抗猪瘟病毒（HCV）基因导入猪中，获得了抗猪瘟的转基因猪；2000年，郑新民、魏庆信等用显微注射的方法，生产出来能够合成人血清蛋白（HAS）的转基因猪；2006年底，东北农业大学刘忠华教授带领的团队研制出中国首只转基因“荧光猪”；2008年，中国农科院北京畜牧兽医研究所李奎教授等人，继美国之后培育出了转FAT-1基因的保健猪。这些转基因材料一旦经过生物安全评价就可以作为育种素材进行新品种的培育。目前，我国转基因生物新品种重大专项的启动将进一步推动转基因猪的研究进程。 2.3生物信息学与猪育种 2.3.1建立与猪良种繁育相关的基因组数据库 可根据不同物种间的进化距离和功能基因的同源性，比较容易地找到与猪经济性状相关的基因，在此基础上利用相关的DNA标记，开展分子育种，从而加快育种的进程和速度，按照人们的愿望加以改造。由于猪的经济性状大多都是由微效多基因控制的，在此基础上又存在着主效基因，所以，我们可以利用序列的对比和同源分析，在已有的生物数据库中寻找与猪经济性状相关的主效基因的同源序列区和同源基因，并对其进行定位，从而建立起与猪良种繁育相关的基因组数据库，并以此来改良猪品种。另外，在非编码区域，可在各个基因片段序列的基础上，结合分子遗传标记，对主效基因各个基因片段基因型的差异、等位基因从亲代传递到子代的具体途径和未知信息进行早期检测，从而准确地鉴定出个体间的基因差异可从个体表型、形成原因进行细分，可更有效地分析遗传模型，提高猪遗传评定的准确性及效率。 2.3.2猪功能组的研究 随着各种畜禽的基因组测序的进行，大量相关的序列数据将会呈现出来，根据“序列一结构一功能”的决定顺序，且在基因组的研究方案中多序列的分析使探究功能的过程有了质的飞跃，所以可对猪基因组序列进行同源识别、序列联配、特征片段检测、建立数据模型、功能位点确定及预测其可能的结构等方法来揭示对应的功能。目前，已在核酸层次上运用DNA芯片技术和在蛋白质层次上运用二维凝胶电泳及测序质谱技术来进行大规模基因功能表达图谱的建立和分析，从而完善猪功能组的研究。 2.3.3进一步认识调节猪生长发育的各种机制和途径 由于在不同组织中表达基因的数目差别是很大的，且同一组织在不同的个体生长发育阶段表达基因的种类、数量也是不同的。基因与基因之间、基因与蛋白质之间是一个动态系统的有机组成部分。在不同的生长、发育、分化、疾病等状态中，不同的组织器官内，基因间存在着复杂的相互作用关系，构成一个复杂的时空网络。可通过基因组图谱的分析、同源比较、分子建模或利用DNA微芯片技术对畜禽生长发育的不同阶段、不同生理状态下有不同表达的基因进行研究，另外，还可从基因组DNA测序数据中确定编码区，从而进一步揭示调节猪生长发育的各种调控机制和作用途径。 2.3.4比较基因组学的应用 因为DNA序列上的差异反映了物种亲缘关系的远近程度，所以完整基因组间的比较研究可在猪的性状选择、筛选杂交组合以及预测杂种优势等方面得到应用。另外，通过比较不同物种基因中DNA或氨基酸序列的异同可以研究猪的分子进化，同时也可对处于不同进化阶段动物物种的基因组结构和功能进行比较分析，从而弄清猪基因的起源和进化、结构和功能的演变，发现其间的亲缘关系，为猪育种提供科学的参考依据。 2.3.5建立猪的种质资源数据库 保种的实质是保存现有的畜禽资源的基因库，它的主要任务是要稳定种群的基因频率。由于保种是保存一个品种的完整的基因组，所以可利用生物信息学的方式进行猪各个种群基因组的检测、发掘新的特色基因和建立特色基因文库，在宏观上可建立地理信息系统，而在具体方式上可考虑建立猪种质资源数据库，进一步使保种科学化与合理化，为猪的育种工作提供更多的遗传素材。 2.4超声波技术与猪育种 测量技术在猪育种中的作用众所周知，其方法的改进和技术的发展往往能推动猪育种的快速发展。最着名的例子是20世纪60年代猪屠宰后测量背膘厚度的办法被活体超声波扫描取代，使活体间接选择瘦肉率成为可能，从而带来了巨大的遗传进展和经济效益。几十年来，超声波技术的发展和应用使得猪的育种工作发生了巨大的变化，取得了惊人的成绩。目前许多国家都开始将超声波的活体测量结果作为判断依据，运用于猪胴体性状和某些肉质性状的遗传改良。 2.4.1超声波在猪育种中的应用 超声波设备最初应用于人类医学领域，主要分为A型机和B型机。Wild首次作了超声应用的相关报道，认为超声技术具有无损、刺激性小的特点可用于活体动物肌肉和脂肪组织的定量研究。随后在1956—1957年间，超声仪便已用于测量牛和猪活体的皮下脂肪。目前，猪的育种中A型机一般用来估计给出的解剖部位的脂肪和肌肉厚度，由于它能降低猪在测定时的应激，从而取代了手术式探尺的测定，但在较深的组织的测定上有其不足。B型机可以测定不同密度的各种特异性组织，现在用来估计背膘厚度、背最长肌的肌肉厚度、肌肉面积和肌肉周长等。由于它能非常精确地实时给出动物组织图像，称实时超声，实时超声波技术为传统猪的选育工作提供了一种新的方法，它允许在猪活体上进行无损测定，而且花费较小。目前其测量精度可达到（±）1.5mm，所需时间仅为1～2s。现在常用来进行猪活体的背膘厚、眼肌深度、眼肌面积的测定。 2.4.2超声用于猪活体膘厚和眼肌面积的测定 测定活体膘厚和眼肌面积，在猪育种工作中是很重要的，在猪的遗传育种和性能鉴定上作为2项重要的指标参数而深受重视。超声技术测定猪活体的背膘厚度和眼肌厚度或面积已广泛应用于遗传改良。Wilson和Gresham等利用B超测定猪活体的背膘厚，取得了很好的效果。 2.4.3超声用于猪活体肌内脂肪的估测 实时超声波活体预测家畜的肌内脂肪含量在国内外也在研究之中，但目前在这方面的研究主要集中在牛上。而实时超声波活体预测种猪的肌内脂肪的研究报道主要来至国外，其方法也大都借鉴预测牛肌内脂肪的方法。超声波用于猪肌内脂肪含量的选择计划，最初是1998年在美国爱荷华州立大学的贝尔斯兰蒂纪念种猪场开始的，他们通过采用实时超声仪采集杜洛克猪的超声图象来估测肌内脂肪（IMF）含量，以此为依据进行选择，经过3个世代的选择后，共屠宰217头对照系和182头选择系，结果表明选择系猪比对照系猪的IMF要高，分别为3.94%和3.40%（P＜0.01），选择系该性状的平均育种值（EBV值）比对照系高0.83%，取得了较好的效果。此后，这方面的研究才逐步发展起来。Newcom等的研究结果表明，运用实时超声估测活体猪肌内脂肪含量是可行的。 3展望 由于多个物种的测序完成和SNP芯片（单核苷酸多态性芯片）的出现，一种新的选择方法——全基因组选择在2001年被提出。全基因组选择是指使用覆盖全基因组上的标记来进行选择，与之前的MAS相比，不依赖于对性状影响较大的标记的数目，并能对多个性状进行同时选择，提高了选择的准确性。通常，全基因组选择的方法有两步，首先是通过对资源群体进行全基因组的SNP芯片扫描和各个性状表型值的测定统计，估计出基因组不同组分对目标性状的影响程度，并构建出育种值的预测模型；然后根据育种群体中多SNP、单倍型、单倍型域、染色体区段等综合构成的全基因组基因型信息进行估计，得到个体的基因组估计育种值（GEBV），然后依据GEBV进行选种。由于全基因组选择利用的信息量最大，选择的准确性将极大地提升，这将是今后猪分子育种的主要发展方向。 将数量遗传学的方法和现代动物育种新技术相结合，运用先进的检测技术，将极大地促进猪育种工作的开展，使育种效果得到显着提高。 |
