第六篇-育种新技术-课件

第六篇 育种新技术1繁殖生物技术：AI,MOET，克隆、性别控制等生物技术常规育种技术外貌评定性能测定综合选择指数（复合育种值）最佳线性无偏预测（BLUP）分子技术：MAS（标记辅助选择）GS

（全基因组选择）MAI（标记辅助导入）转基因（生物反应器）等

2英国培育出四只新克隆多莉羊（2010.12.1）多莉(Dolly)是第一个使用成熟细胞克隆的哺乳动物，1996年诞生于英国爱丁堡的罗斯林研究所。克隆羊多莉(Dolly)已经获得“重生”。最初进行此项克隆研究的英国科学家又培育出4只克隆羊，被形象地称之为“Dollies”(多莉的复数)。3生物技术：“biotechnology”4“那些允许人们在微观上认识和控制生物遗传与繁殖过程的技术”；“能工业规模设计、经营和开发微生物、动物、植物以及动植物组织、器官、细胞的生物学特性与功能，为人类提供产品和服务的新兴技术”生物技术是当今人类社会知识经济和产业革命中的高新技术之一（现代生物技术）动物分子生物技术主要涉及基因组分析技术、DNA诊断技术、转基因、克隆技术等领域。生物技术将是未来经济发展的新动力第一次技术革命工业革命解放人的双手第二次技术革命信息技术扩展人的大脑第三次技术革命生物技术改造生命本身5第十七章6胚胎生物技术与育种超数排卵、胚胎的冻存与移植冷冻精液、人工授精、体外授精胚胎（繁殖）技术胚胎的性别控制胚胎分割克隆技术胚胎细胞核移植体细胞核移植动物遗传育种与繁殖71.超数排卵、胚胎的冻存与移植胚胎移植（Embryo

Transfer）:从性状优良的母畜(供体)体内取出早期胚胎移植到性状一般的母畜

(受体)体内继续发育以生产优良仔畜。同期发情超数排卵人工授精胚胎冷冻胚胎移植……技术支持8910冷冻胚胎移植技术优点：11通过胚胎移植生产较多的优良胚胎；提高优良母畜的利用率；胚胎移植是一项重要的基本技术，体外受精、核移植、基因转移等技术均须通过胚胎移植才能得到后代；可以进行长距离运输，降低费用。奶牛MOET核心群育种体系经严格选择，组建一个600-1000头的高产母牛核心群，并对 所有母牛实施性能测定；每年根据性能测定的结果，通过育种值估计，选择一定数量的 优秀母牛做为胚胎供体；对供体牛进行超排，使用优秀公牛精液配种；在核心群内把其他母牛做为受体母牛，接受胚胎移植（ET）；在得到的ET犊牛中，母犊育成后，第一胎先在核心群中做为受 体，获取第一批成绩后，应用BLUP进行个体遗传评定；ET公犊经生长发育测定后，每全同胞组留一头；选留的青年公牛要等其全同胞半同胞姐妹的第一泌乳期性能测 定得到后,利用这些信息进行青年公牛的遗传评定；在核心群以外的生产群中,还可以组织一个测定群,为核心群青 年公牛的遗传评定提供更多的半同胞信息。12MOET育种体系的最大贡献是提高了选择的准确性，大大缩短了世代间隔，可以获得比常规育种方法更大的遗传进展。MOET的关键是建立一个生产性能卓越的母牛核心群。让核心群母牛作供体，对其实施超数排卵，使用最优

秀的种公牛与其配种，然后用采集受精卵，最后将受

精卵移植到受体母牛（受体牛可以是黄牛，也可以是

杂交肉牛）子宫内，使其怀孕并产犊。132.人工授精与AI育种体系1420世纪40年代，首先在奶牛生产中应用，然后在其他物种通过人工授精技术，可使优秀种公畜获得大量的后 代，由此迅速地扩大其优良遗传特性和高产基因在 群体中的影响通过精液低温冷冻保存，使得优秀种公畜的使用不 受时间和地域的限制依靠人工授精，可使每头种公畜承担更多头母畜的 配种任务4.通过冷冻精液的传递，能使参加后裔测定的公畜与来自不同地区、不同群体的母畜交配，从而获得数量更多、分布范围更广泛的生产性能测定数据，使得对公畜的遗传评定更精确5.采用精液长期冷冻保存技术，还可以更经济可靠地实现家畜品种资源保护15体外受精（invitrofertilization）：在体外进行精卵结合。主要优点：无需对母畜的发情期进行控制，可以在相对短的时间间隔内多次从一头优秀母畜体内收集卵子;可以从非常年轻的母畜体内收集卵子，进行体外培养成熟，缩小世代间隔。“试管动物”16“试管婴儿之父”罗伯特-爱德华获诺贝尔医学奖（2010年）世界上第一个“试管婴儿”路易丝与她的儿子卡梅伦，左为“试管婴儿之父”罗伯特·爱德华兹教授。173.性别控制与胚胎性别鉴定18实现受精卵性别控制；在出生前知道胚胎的性别；使出生后所在畜群的性别比例发生改变。可提高畜牧生产的经济效益。在奶牛业、奶羊业和蛋鸡产业中，生产出更多的母牛、母羊和母鸡；在肉牛生产中，生产出更多的公牛。提高某个性别的选择强度；可获得较大的遗传进展；结合附着(着床)前的基因诊断可用来清除呈伴性遗传方式的遗传疾患；

5）胚胎移植前若经性别鉴定，只移植所需性别的胚胎，而且那些须借助胚胎移植才能得到后代的技术如体外受精、核移植、基因转移等也从中得到好处。通过X、Y精子分离技术实现受精卵性别控制(1).合子前控制：精子分离方法控制性别流式细胞分离仪。根据X、Y精子DNA含量的差异，借助特异性染色剂染色，据发出的荧光强度测定DNA含量，来分离X、Y精子。X

Y19(2)合子后控制：胚胎的性别鉴定SRY-PCR鉴定法：利用Y染色体上的雄性特异性片段，通过PCR扩增少量胚胎细胞的特异性基因片段，确定胚胎性别。204.克隆技术动物克隆(Cloning):生产两个或更多个在遗传上完全相同的动物胚胎或个体的方法，是人工诱导的无性繁殖技术。(1)

胚胎分割(embryo

splitting):通过显微操作技术将早期胚胎切割为两半或更多部分，然后分别移植给不同受体母畜产下同卵双生或同卵多生的个体。21胚胎克隆：通过显微操作技术，将早期的胚胎细胞移入去核的卵母细胞中，构成新合子的生物技术。体细胞克隆：将供体体细胞核移入未受精的去核卵母细胞中，经供体核与受体细胞质的融合以及分裂、发育，得到克隆胚胎，再植入受体内以获得子代的技术。2223体细胞克隆对家畜改良中的作用：24使具有遗传上优良性状的个体数目在短时间内得到大量增加；拯救濒危动物或家畜品种；转基因动物的扩群；治疗性克隆（人类）非严格意义的“克隆”；花费大，成功率低；群体遗传变异降低；伦理上争论（人类）第十八章25转基因动物技术与育种转基因动物（transgenicanimal）：借助分子生物学与繁殖生物技术将已知的外源基因导入生殖细胞、早期胚胎干细胞或早期胚胎细胞，并整合到受体细胞的基因组中，所培育出的携带有外源基因并能遗传的动物个体或品系。生产转基因动物的目的:通过基因转移使受体机体的特征受到影响或产生新的功能。当被移植的重组

DNA被整合到受体的基因组中，并高效表达，即能产生受体原来不出现的，或虽然出现但在质上和量上均较低的基因产物，通常为蛋白质。26生产转基因动物的流程包括受体细胞制备、供体DNA制备、基因导入受体细胞以及获得了外源基因的生殖细胞或胚胎植入受体动物体内。基因导入受体细胞的常规技术主要有:显微注射法、逆转录病毒感染法、精子载体法、胚胎干细胞介导法等。27转基因动物技术的意义：改良经济性状；改良抗病性；作为生物反应器生产重组蛋白；生产移植用器官转“OMEGA3”猪转“生长基因”鱼转“乳清白蛋白”奶牛转“溶葡萄糖菌素酶”奶牛转“抗凝血酶”羊转“植酸酶、纤维素分解酶”猪

敲除“α

1,3-半乳糖基转移酶”猪转“抗病毒基因”动物？28第十九章 分子育种29分子育种（molecularbreeding）：指DNA分子标记辅助育种。DNA标记辅助育种（DNA

marker-assistedbreeding）是一种利用DNA水平上的（非蛋白质水平上的）分子标记（或称DNA标记）对生物群体进行遗传改良的技术。现阶段DNA标记辅助育种技术一般需要与常规育种技术特别是数量遗传学方法相结合，故在名称中有“辅助”二字。DNA标记同样可应用于选择、近交、杂交、保种等各个方面。30遗传标记（genetic

marker）:能够遗传的、可以识别的并能明确反映遗传多态性的生物特性。遗传标记主要包括形态标记、细胞学标记、蛋白质标记和DNA标记等四类。DNA标记的类型：基于单碱基突变的DNA标记基于重复序列变异的DNA标记基于随机扩增的多态DNA标记31数量性状基因座定位32数量性状基因座位（quantitative

trait

locus,QTL）:在基因组中占据一定染色体区域，控制同一性状的一组微效多基因的基因簇。一般认为，QTL是指影响数量性状变异的染色体区段，而不是一个确定的基因座（locus），通常该区段包

含了数十到数百个不等的基因座。在控制一个性状的所有QTL中，通常都存在一个或数个效应较大的QTL，它们能单独解释表型总变异的

10~50%甚至更多，当其中一个位置明确的基因座效应达到一定阈值时，即可将该位置处的基因称为主基因（major

gene）。遗传连锁图谱(genetic

map)遗传连锁图谱是利用多态性遗传标记进行遗传连锁分析得到的反应遗传标记间相对关系的图谱。建立遗传连锁图谱的理论基础是染色体的交换和重组, 即通过计算连锁的遗传标记间的重组频率, 确定它们的相对距离, 一般用厘摩(centiMorgan,

cM

)表示,

1 厘摩即每次减数分裂的重组频率为1%。3334遗传连锁图谱(genetic

map)35数量性状位点定位(QTL作图)通过连锁分析确定出QTL在图谱上的位置与特定连锁标记之间的遗传距离, 进而确定QTL的表型效应。QTL

定位的策略:利用QTL与遗传标记之间的连锁关系,在一个大群体中进行标记基因型和被测数量性状表型值记录,通过统计方法进行连锁分析,确定连锁关系。36标记-QTL连锁分析的基本步骤37进行试验设计收集数据构建标记连锁图谱QTL的检测与参数估计试验设计38（1）基于近交系或品系杂交的试验设计回交（BackCross）设计：用杂交所得的F1个体与两个亲本中的一个回交，利用回交后代的标记基因型信息和数量性状的表型信息进行标记-QTL的连锁分析F2设计：是将F1个体互交产生F2代个体，利用F2代个体的标记基因型信息和数量性状的表型信息进行标记-QTL的连锁分析F2

intercross:39Informative

pig

pedigreeXQQqqQQ

Qq

qq40qqXXXF1F2Meishan221q21q2Meishan22Large

White1q1Large

White1q111111q21q2222q2221q24142（2）基于分离群体的试验设计43半同胞家系全同胞家系混合家系三代家系资料及DNAF2代性状测定数据QTL检测Unobserved

QTL

allelesq

mQ

MObserved

marker

allelespair

ofchromosomes44QTL

detectionTwo

approaches:Candidate

genesClose

linkage

withQTLM

QM

QM

Qm

qm

qm

qin

outbred

populationQTL

genomescanLoose

linkage

withQTL in

cross

or

w/in

famili4e5sQTL检测46单标记分析（Single

marker

analysis）区间定位（Interval

Mapping）单标记分析其中 分别为标记基因型为M1M1和M1M2的个体的性状表型平均数；n1和n2分别为这两种基因型的个体数；Sp为合并的样本方差47区间作图法：48以正态混合分布的最大似然函数和简单回归模型，借助于完整的分子标记连锁图谱，计算基因组的任一相邻标记(

M

i-和Mi+)

之间存在和不存在QTL(Qi

)的似然函数比值的对数(LOD值)。影响猪肉质性状的QTL定位结果（1号染色体）49影响猪肉质性状的QTL定位结果（15号染色体）50三、标记辅助选择(MAS)PhenotypicdataEBVGenotypicdataSelectionstrategyUnknowngenesMolec.

geneticsIdentified

ormarked

QTL?Molecularscore

(MS)51如果知道对要评定的性状有某些QTL存在，并且能直

接测的它们的基因型（通过候选基因分析发现的QTL）或者虽不能测定它们的基因型，但知道它们与某些标记的连锁关系（通过标记-QTL连锁分析发现的QTL），可以测定这些标记的基因型，这时就可将这些标记信息用到个体的遗传评定中，提高评定的精确性。这就是标记辅助选择（marker-assistedselection,MAS）52Implementation

logistics

of

MAS/GASSelectionPhenotypingFarmsAnalyticaltoolsPedigreeGenotypingPhenotypicDatabaseDNA

collectionGenotypicDatabase53候选基因分析54候选基因分析是从若干可能是QTL的基因（即候选基因）中筛选QTL侯选基因是已知在性状的发展或生理过程中具有某种生物学功能并经过测序的基因，可以是结构基因或者是在调控或生化路径中影响性状表达的基因候选基因分析551、候选基因分析的基本流程选择候选基因获得用于扩增基因的引物序列揭示候选基因内的多态性建立对所揭示的多态位点进行大规模的测定基因型的实用方法选择用于进行候选基因分析的群体研究候选基因与性状的关系证实所发现的候选基因与性状的关系QTL

1RNA

1PROTEIN

1RNA

2GrowthhormoneGrowthhormonegenePHENOTYPEQTL

3RNA

3PROTEIN

3QTL

4RNA

4PROTEIN

4侯选基因策略56MC4RRNA

1MC4RQTL

2RNA

2PROTEIN

2LeptinRNA

XPROTEIN

XFat%NPYRNA

YNPYQTL

3RNA

3PROTEIN

3QTL

4RNA

4PROTEIN

4Nature

of

Complex

Traits-

Realistic

View57Meishan

Pig

from

ChinaESR

effectof

over

2pigs

perlitterESR

effect

ofover

2

pigs

perlitter

inMeishanand

nearly

1

pigindomesticpigs581/12/21/2542466Slide

courtesy

Max

RothschildCN

S

I

I

D

P

L

I

YNH2COO

HTransmembranedomainsIIIIIIIVVVIVIIhomozygotesequenceC

N

S

I

I

N

P

L

I

YAllele

2homozygotesequence293295297299300aAllele

1MC4R

mutationandTest(Kim

et

al.,

Mammal.

Gen.2000)11

vs

22genotypein

commercial

types59猪基因组中已经定位的QTL猪QTL数据库60/QTLdb//pig/main.html614.全基因组关联分析62Genome-Wide

Association

Studies

(GWAS)一种对全基因组范围内的常见遗传变异(单核苷酸多态性和拷贝数变异)进行总体