畜禽育种目标和方法

育种目标与方法,各种因素对畜牧业的相对贡献率,育种技术：选择、杂交、繁育体系.最根本的是选择（选种）。选种的关键是准确性任何选种方法都是对“真值”的估计,家畜育种的特点,家畜是雌雄异体交配繁殖的动物大部分畜种的世代间隔长，繁殖率较低家畜没必要，也不可能象作物那样，不断地培育新品种家畜育种工作的主要任务是对现有的优良品种系统地选育提高,影响遗传改良效果的因素,评价纯种选育效率的指标是遗传进展,All heritable traits will respond to selection choosing some animals to be parents of the next generation, while denying other animals the opportunity, through castration, culling culling etc.,中国小反刍动物育种方向,具有特殊价值的品种，像滩羊、湖羊、中卫山羊、济宁青山羊、绒山羊等，在保持和提高其固有的特性的基础上，应对可增效性状，如产羔率、羔羊产肉力加大选择强度，综合提高品种的生产水平和经济效益普通品种，向产肉体型选育是今后育种工作的重点高繁特性分子生物学基础研究和高繁品系培育、产品品质和抗病（逆境）研究以及肉用羊配套系选育,从伯乐相马到基因诊断盒,表型或表型值选种 育种参数 育种值选种 遗传标记 标记辅助选择 基因操作 分子育种,基因的结构与功能,基因 是控制生物遗传性状的基本单位, 每个基因都是有4种简单的脱氧核糖核苷酸 按一定的顺序排列所组成的 ;基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下 一代，同时使遗传信息得到表达;生物发育、生殖、生长、疾病、衰老、死亡 及精神、行为等都不同程度地与基因有关。基因组 决定一个物种生、老、病、死等一切生命现象 的遗传信息总和称为基因组。,EST、SNP(动物基因组)生物信息学基因分析 DNA 芯片侯选基因鉴定 基因构建 侯选基因确认 转基因 性状操作 辅助选择 基因型与表现型 相关分析 种质 表现型选择 新产品,QTL与分子标记辅助育种,动物基因组中约有30亿个碱基对，510万个基因，其中1万个基因与生产性状有关，但影响主要生产性状的主效基因数量不会超过1000个。这是动物遗传育种研究的重点，也是国际上基因知识产权争夺的焦点。 严格地说，DNA标记和QTL是有区别的。只有当DNA标记和所标记的数量性状完全连锁时，标记才是该数量性状的QTL。,1.大量的QTL被定位 从H.Geldermann(1975)提出数量性状基因座（QTL）以来已经36年了。,表1 畜禽主要性状已定位的QTL数量（吴常信 讲座，2010）,已定位QTL数量最多的几个性状（吴常信 讲座，2010）,应激综合症基因（PSS 氟烷敏感）（Smith &Bampton ，1977）矮小基因（Merat&Ricard，1974)绵羊多胎基因（F Piper&Bindon，1982）双肌基因（Rollins等，1972),影响数量性状的主效基因,2.为什么已定位的QTL很多，但在育种中能应用的却很少？ 所定位的QTL是染色体的一个区间，中间还可能涉及多个基因； QTL或标记与性状的连锁程度不确定； 不同群体的遗传背景不一样，同一性状的QTL在不同群体中的分离、重组结果不同； QTL定位的误差。,3. QTL（或分子标记）与关联分析存在问题 （1）QTL本身的问题 （2）数量性状记录的准确性 （3）样本大小4.从QTL到QTN QTL (Quantitative Trait Loci) QTN (Quantitative Trait Nucleotides) 从核苷酸水平上来确认对数量性状真正起作用的基因位点（核苷酸序列多态位点） SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) QTN的研究一般都要对候选的QTL作SNPs检测，或直接对候选基因作SNPs检测,目前有应用价值的QTN还很少 牛DGAT1 (二脂酰甘油酰基转移酶1) （Ron et al. 1998; Grisart et al. 2002) 猪IGF2 (胰岛素样生长因子II） （Jeon et al. 1999; Van-Laere et al. 2003) 绵羊GDF8 （肌肉生长抑制素，Myostatin） (Marcq et al. 2002; Clop et al. 2006),5.基因组选择（Genetics selection）全基因组范围内的标记辅助选择 条件成熟 （1）许多畜禽基因组测序完成 （2）大量SNPs的发现 （3）SNPs芯片和高通量SNPs检测技术的完善 （4）生物信息技术的发展,基因组育种值的计算 在全基因组范围内用大量的SNPs标记对所有QTL估计一个总的育种值，即把单个QTL的标记辅助选择“化零为整”。基因组选择策略 （1）选择指数：表型信息育种值标记信息育种值 （2）检测所有个体的标记基因型，估计个体的基因组育种值，据此选种（Goddard and Hayes,2007),动物分子育种,基因工程育种,动物分子育种,从分子水平上对动物进行遗传改良，或育种的分子设计。 1.基因聚合 希望把高产、优质、高效、抗病、抗逆等有利性状的基因通过基因操作，尽可能多地聚合在一起。 存在问题： 这些经济性状绝大多数是多基因决定的数量性状（质量性状的基因聚合早就解决了）； 在没有找到目的基因之前，聚合就是“无米之炊”。,2.平衡育种 统筹考虑高产、优质、高效、抗病、抗逆等有利性状，要求性状之间达到一个“最佳”的平衡点。 存在问题： 群体水平的平衡育种早就解决了； 分子水平的平衡育种仍在设计之中。,虚拟设计分子育种,虚拟设计分子育种技术是将计算机技术与分子生物学技术有机结合，研究基于生物信息学的重要功能基因发掘、鉴定、标记、定位和利用；探索多基因聚合与杂种优势预测途径，构建计算机模拟育种创新技术体系，加速新材料、新基因和新标记的筛选，推动农林牧渔分子育种的发展。,Simulation run 100 times,3.转基因育种 （1）对转基因育种的认识 赞成 反对 （2）对转基因育种的要求 常规育种做不到的 比常规育种快得多的 产品(特别是食品)要无公害的,*畜牧业的甲烷的排放量占全球甲烷排放量的约，是重要的温室气体来源,转基因畜牧业对一些疾病的控制,转基因畜牧业与人类疾病的治疗和预防,技术路线,转基因体细胞克隆技术路线图,（3）转基因育种的技术难点 目的基因的转入 转入基因的表达 表达基因的遗传（4）什么时候才能育出转基因动物品种 猪？ 牛？ 羊？ 基因的纵向传递还是横向传递？ 成本？,转基因动物的制作技术,原核期胚胎的显微注射逆转录病毒载体注射MII期的卵母细胞精子头与外源DNA合并注射卵母细胞体细胞核移植技术制作转基因动物逆转录病毒载体感染发育早期的动物胚胎原始生殖细胞技术精子载体方法胚胎干细胞技术,转基因羊的研究难度极大，且成功率低。难度在于：家畜受精卵的雄原核并不像实验动物那样清晰可见，显微注射的命中率低；注射的外源基因的整合率低；移植胚胎的受孕率低。 针对上述困难，以黄淑帧教授为主的课题组积极探索，并在技术路线上取得了三大突破：攻克了试管羊技术，精确掌握了羊胚胎的发育规律以及受精卵显微注射的最佳时机，使注射后的受精卵成活率达到百分之九十五以上；通过胚胎分子鉴定，挑选有外源基因整合的胚胎进行移植，使整合率在理论上提高到百分之百；采用非手术胚胎移植技术，大大减少了对受体母羊的损伤，使受孕率达到百分之七十。,克隆羊和转基因羊有什么不同呢？,简单的说，克隆羊使用的是不受精的卵细胞，转基因羊用的是受精胚胎。 前者突破了有性繁殖的框架，后者仍然是靠两性繁殖所得到的卵细胞，前者是“复制”原动物体，后者是动物体获得外源基因并把它遗传给一代、两代，它不是复制自身。,异种器官移植,乳腺生物反应器,转基因育种,血液,器官,药用蛋白,生长,羊毛,营养保健,HemoglobinDNX Biotherapeutics Inc,HeartImutran Limited,KidneyNextran,a1-AntitrypinPPL Therapeuticals plc,Antithrombin IIIGenzyme Transgenic Corp,LactoferrinPharming B.V.,GlycoconjugatesRoss Products Corp,GH, IGF-IPig Breeding, Bresgen Ltd,MP, IGF-ISheep Breeding, AgRes.,TRANSGENIC ANIMALSWhere Is the Potential for Application,基因,怀孕产犊,胚胎移植,转基因牛,代孕母亲,表达检测,分子筛选,微注射,胚胎培养,随机整合,传统微注射技术生产转基因动物示意图,总效率0.5%,核供体动物,体细胞,细胞培养,卵供体动物,未受精卵,除去卵核,细胞融合,克隆胚胎,胚胎移植,无核卵子,代孕母亲,代孕母亲,与核供体遗传相同的克隆牛,动物体细胞克隆提供解决方案？,核供体动物,体细胞,细胞培养,卵供体动物,未受精卵,除去卵核,细胞融合,克隆胚胎,胚胎移植,无核卵子,代孕母亲,代孕母亲,基因组经过随机整合修饰的转基因克隆牛,细胞筛选,基因整合,阳性细胞扩群,目标基因,基因转移,随机整合,转基因克隆提高了转基因效率,但未解决表达效率和时空表达,依赖于基因同源重组的转基因克隆可以同时提高基因整合和表达效率,核供体动物,体细胞,细胞培养,卵供体动物,未受精卵,除去卵核,细胞融合,克隆胚胎,胚胎移植,无核卵子,代孕母亲,代孕母亲,基因组经过同源重组修饰的转基因克隆牛,细胞筛选,基因整合,目标基因,基因转移,同源重组,目标基因,基因转染,药物筛选,怀孕产犊,核卵融合,胚胎移植,克隆胚胎,繁育扩群,转基因克隆牛基因高效表达,代孕母亲,工厂化生产牛群,市场销售,全球市场营销,体细胞,核移植,细胞培养,同源重组,依赖于基因组修饰的转基因克隆技术图示,国内外研究现状与趋势,体细胞克隆动物,中国政府2009年5月通过了促进生物产业加快发展的若干政策。中央财政预算2009年安排328亿元，2010年安排300亿元左右，同时带动企业投资，主要推动以转基因生物新品种培育等个科技重大专项。这是转基因畜牧业发展的机会，重点选择投资一些重要基因的转基因课题，对家畜（包括家禽和鱼类）和饲料植物进行基因组改造（转基因），逐步建立起转基因畜牧业 。我国有相应的研究基础国计民生的需要。,转基因畜牧业机遇：,转基因畜牧业挑战：转基因动物的安全性,转基因食品是安全的！ 世界权威机构：粮农组织、世界卫生组织对转基因动物的安全性指出：采用现代技术、如DNA重组技术，所获得的遗传形状改变的生物，基本上与其他方式、如常规育种所引起的基因组改变是相同的性质。 我们的每天食品中本身就含有大量动植物和微生物的DNA和蛋白质，DNA和蛋白质在人体的消化系统中消化成小分子或碱基和氨基酸吸收，对人体本身没有任何害处 。教育监控,国家转基因动物评估机构对每个转基因动物进行个案评估：,评估内容：基因结构和蛋白质产品（筛选基因）转基因蛋白质的对人体的过敏性转基因蛋白质对环境的影响转基因动物的饲养和管理提纯工艺和蛋白质纯度,加拿大的环保猪（转植酸酶基因）,不会发生疯牛病的牛,转基因鸡生产抗癌药,中国转基因羊预防乙肝（HBsAg转基因羊）,荷兰用转基因羊奶造防弹皮肤：强度为钢铁10倍(2011年08月18日07:10新浪科技),研究人员加里拉-伊萨迪说：“想象一下，一件具备防弹能力的蜘蛛丝背心，子弹就是现代版的箭。现在，我们又向前迈进一步，为什么痴迷于背心呢？我们用这种蜘蛛丝蛋白取代角蛋白。角蛋白决定人类皮肤的韧性。如果将蜘蛛负责分泌丝的基因植入人类基因组，创造防弹人也可能成为现实。听起来很科幻？也许吧，但我们可以尝试这种打造超人的想法，将防弹蜘蛛丝与试管中培育的人类皮肤融合在一起。”,中国转基因羊问世 借线虫基因打造健康羊肉腾讯科技 2012-4-26,中国科学家克隆的转基因绵羊鹏鹏，它含有坚果、