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生物技术在动物育种中的应用 第十四章动物育种学新技术 一 生物技术的概念 生物技术 Biotechnology 其英语的本意是 生物工艺学 一些论著又将其译为 生物工程 其定义至今没有一个十分经典的表述 常见的表述有两种 1 从微观上认识和控制生物遗传与繁殖的过程的技术 2 在探索生物所具有的多种多样功能的同时 用工程设计的方式把这些功能应用于各个领域 或人工摸拟再现生物功能 为人类提供产品或服务的新兴技术 二 生物技术的特点 生物技术是人类最古老的工程技术之一 传统生物技术 如在公元前几千年就掌握了酿酒技术 又如在公元883 895年 巴比伦人和亚述人就学会了人工授粉 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 传统生物技术现代生物技术 发展 三 生物技术的研究领域 细胞工程 Celltechnology 以细胞为研究对象 经细胞融合形成杂种细胞 或用显微注射法等把生物活性物质注入细胞 或用导入基因等方法赋予细胞新的性状 合成特定物质的学科领域 遗传工程 Geneticengineering 广义的遗传工程包括细胞工程 染色体工程 细胞器工程等 狭义的遗传工程即是指基因工程 习惯上所讲的遗传工程多指基因工程 指采用工程设计的方法 按照预先设计好的蓝图 借助于实验室技术 将某种生物的基因或基因组转移到另一种生物细胞中 获得带有全新遗传信息的细胞 这一技术操作称为基因工程 遗传工程是生物工程中最重要的组成部分 酶工程发酵工程 四 生物技术在动物育种中的应用 提高动物繁殖率改良动物生产性状分子育种 提高动物繁殖率 人工授精与超排胚移 MOET 技术的推广应用 为动物育种提供了技术支撑 人工授精站核心公牛群青年公牛群 MOET核心群育种体系基本流程示意图 供体牛 胚胎 母牛核心群 ET 犊牛 青年牛性能测定站 测定生长发育性状 核心群 生产群 MO ET 育成 提高动物性能的生物技术 用于分子育种的生物技术 五 生物技术在生产上的应用 六 川农畜禽生物技术研究情况 从九十年代以来 我们开始从事动物育种领域的分子生物技术研究 主要进行了下述几方面的研究 畜禽 猪 羊 鸡 鹅 兔 遗传多样性研究 鸡生长性状基因位点的分子标记及效应分析 家禽生产性能与分子标记的相关研究 猪氟烷及其标记基因与经济性状的相关研究 猪生长激素基因与生产性能的相关研究 猪高产仔性状的分子标记及效应研究 绵羊新品种重要生产性能QTL作图研究 家畜腔前卵 以应用基础研究和应用研究项目立项 先后得到省科技厅 省教育厅和省畜牧食品局的大力支持 同时进行了该领域的国际合作研究 本重点学科的动物遗传改良作为 211 工程重点建设项目 已投入500万元 主要购置生物技术仪器设备 现已建立起较先进的动物分子遗传 数量遗传 细胞遗传 胚胎工程及肉品分析实验室 已具备系统进行分子生物技术研究的条件 动物遗传育种与繁殖重点学科实验室 主要研究方向 畜禽重要经济性状的目的基因定位 分离和克隆畜禽重要经济性状的标记辅助选择研究动物重要基因的体外表达研究转基因动物生物反应器研究 猪主要经济性状的分子标记 QTL定位及基因克隆研究 研究系列之一 主要研究内容 对已定位的猪主要经济性状基因进行诊断 在育种中实现基因型选择 如Hal基因 继续寻找猪主要经济性状的分子遗传标记并加以应用 利用分子遗传标记将一些重要QTL定位到基因组特定染色体区段上 再进行目的基因的分离 克隆或PCR RFLP分析 最终实现性状的基因型选择 利用24种限制性内切酶对来自我国13个省的21个地方猪品种的线粒体DNA限制性酶切片段长度多态性 mtDNARFLP 进行了分析研究 研究获得如下结果 1 中国地方猪种有四种mtDNARFLP类型 长白猪有三种mtDNARFLP类型 其中一种与中国地方猪种相同 2 根据mtDNARFLP多态性聚类 中国地方猪种与四川野猪的亲缘关系较近 与越南野猪和长白猪的亲缘关系较远 3 中地方猪种mtDNA的变异程度较低 说明其遗传多样性比较贫乏 提示中国家猪可能起源于一个共同的祖先 中国主要地方猪种线粒体DNA mtDNA 遗传多样性及其起源分化研究 猪产仔数分子标记及其效应的研究 采用候选基因法 对ESR PRLR FSHR和RYR1四个基因与猪产仔数间的关系进行了研究 同时选择第八号染色体上的9个微卫星进行研究 寻找猪高产仔数的分子遗传标记 通过分析研究 初步确立了三个新的猪产仔数分子标记 1 雌激素受体基因 ESR 第八外显子内的ESRB酶切位点2 促卵泡生长激素受体基因 FSHR 第七外显子的FSHRB酶切位点3 猪第八号染色体上的SWR1101微卫星 猪产仔数分子标记及其效应的研究 对提高母猪产仔数有利而不影响仔猪生长的分子标记有5个 1 ESR基因的BB基因型 2 ESRB酶切位点的AA型 3 FSHRB酶切位点的BB型 4 PRLR基因的AA基因型 5 RYR1基因的BB基因型等 用这5个分子遗传标记选择母猪群体窝平产仔数可提高2 2头 猪产仔数分子标记及其效应的研究 对提高母猪产仔不利的分子标记也有5个 1 ESR基因的AA基因型2 ESRB酶切位点的BB型3 FSHRB酶切位点的AA型4 PRLR基因的BB基因型5 微卫星SWR1101的BD基因型 猪产仔数分子标记及其效应的研究 第八号染色体上的9个微卫星在不同猪群中表现出较丰富的多态性 ESR ESRA ESRB PRLR RYR1和FSHRB的PCR RFLP在不同猪群中都存在多态性 PRLR1和FSHRA酶切位点的PCR SSCP无多态性表现 基因诊断方法的研究与应用 基因诊断技术规程的研究 1 Mg2 浓度对PCR反应的影响 研究结果表明 PCR反应中Mg2 最适浓度随DNA模板浓度的变化而变化 DNA模板浓度越高 Mg2 浓度越大 2 TaqDNA聚合酶与dNTPs对PCR效果的影响3 PCR反应体系中各组成成份的配比 45 540 535 530 525 520 515 510 55 50 5Marker 不同Mg2 浓度对PCR的影响 DNA浓度为0 68 g l 1543 994 695 515 377 237 基因诊断技术规程的应用 用本实验室制订的基因诊断技术规程 检测了四川省外种猪各选育群及 新荣 系 核心群等共近800个样品的氟烷基因型 摸清了氟烷基因在四川省外种猪和 新荣 系 中的分布 PCR扩增产物 四川省三大外种猪及新荣 系氟烷基因分布 PGH基因全序列PCR产物 生长激素基因研究 PGH基因全序列扩增产物序列分析 扩增序列长度 扩增序列共2107bP 比预计的扩增片段多了82bp 扩增序列多态性 全序列多态性 与Vize研究结果相比较 从 149到 1870基本相同的连续片段有2019bp 其中包含所有外显子和内含子 这一片段中仅有57bp差异 完全相同碱基数为1962bp 同源性达97 2 外显子序列多态性 5个外显子中 第2外显子有2处碱基取代 分别为 368处的G A 导致Arg Gln 及 456处的T C 为同义取代 编译的氨基酸仍为Ala 第5外显子有1处发生变化 即 1572处的A G 导致His Arg 外显子总长度为648bp 与Vize研究结果相比 同源性达99 69 内含子序列多态性 与Vize结果比较 扩增序列比Vize序列多了9个碱基 变异21个碱基 缺少了28个碱基 PGH基因全序列酶切位点多态性研究 Bst 酶切片段长度多态性 PGH基因全序列Hha 酶切片段长度多态性 PGH基因全序列Msp 酶切片段长度多态性 家禽遗传多样性和生产性状基因位点的分子标记及效应研究 研究系列之二 1 家禽遗传多样性研究中国主要家鹅品种的遗传多样性及起源分化研究采用mtDNARFLP和RAPD技术分析了16个中国家鹅品种和2个欧洲家鹅品种及2个杂交种共220只个体的核内基因组和核外基因组的多态性 是我国首次对鹅在分子水平的研究报道 获得了一系列重要研究成果 其研究水平得到较高评价 论文在畜牧兽医学报发表 并得到多次引用和检索 一 已进行的研究及所取得的成果 利用微卫星DNA和RAPD标记分析家鸡的群体遗传变异 选用10对微卫星引物及20个RAPD引物分析了8个家鸡品种及2个杂交群体的遗传变异 两种标记具有丰富的多态性 微卫星DNA更适合于遗传多样性 遗传图谱构建 基因定位和QTL连锁分析 并对分子生物技术实验条件进行了有益的摸索 该论文在四川大学学报发表 在四川省遗传学会学术研讨会交流 得到较好评价 微卫星标记M5PCR扩增及电泳结果 RAPD标记R93PCR扩增及电泳结果 1 3000 1 1975 0 8950 0 7776 0 7066 0 6179 0 8299 0 6795 0 5731 00 50 60 70 80 91 01 11 21 3 QYE3GXE1BEEBE4ABHU 根据RAPD分析的d值绘制出的10个家鸡群体的聚类图 利用微卫星DNA标记分析四川乌骨鸡种群的遗传多样性 利用家禽基因组中的10个微卫星标记 对四川6个乌骨鸡种群的等位基因频率 各群体的遗传杂合度 群体间的遗传距离等进行了分析 表明各乌骨鸡群体的遗传多样性较为丰富 并具有较高的选择潜力 各乌骨鸡种群间有一定的遗传距离 研究结果对开发利用我国优良地方鸡种的遗传资源具有重要的参考价值 论文将参加中国畜牧兽医学会家禽学分会学术大会交流 该项研究正在继续进行 是由省科技厅的应用基础项目资助 微卫星MCW0120扩增产物变性聚丙烯酰胺电泳检测 鸡产肉性状基因位点的分子标记及效应分析 该研究通过组建F2分离群体 构建了鸡RAPD连锁图谱 用区间作图分析法 对鸡19种产肉性状基因位点 QTL 进行定位和效应分析 连锁图谱包含32个RAPD标记 分布于5个连锁群 检测到控制17种产肉性状QTL35个 检测到2个控制鸡胫长的主效基因 该论文在畜牧兽医学报发表 全国家禽研究会交流 引起同行专家高度重视 2 生产性状与分子标记的连锁分析 二 目前正在进行的研究及进展 1 丝羽乌骨鸡产蛋性能与分子标记 SSR 的相关分析 通过选择与产蛋性能有连锁关系的SSR标记 对已进行五个世代选育的丝羽乌骨鸡品系进行相关分析研究 旨在为利用分子标记进行辅助选择打下基础 结合常规方法探索育种新途径 目前正在进行实验室分子标记的筛选 已经完成性能资料测定和收集工作 表现出较好的苗头 2 鸡饲料转化率与SSR和RAPD标记的相关分析 该研究利用黄羽肉鸡组建回交一代 BC1 分离群体 运用微卫星DNA多态性和随机扩增多态性来研究分子标记与饲料转化率之间的相关关系 为下一步的QTL定位和标记辅助选择提供依据 目前实验室工作进展良好 鸡群性能资料可靠 可望获得重要的进展 3 黄羽肉鸡个体微卫星和RAPD多态性与杂种优势预测研究 通过微卫星DNA和RAPD多态性研究方法 选取数个与生产性能有连锁关系的分子标记 对个体在位点上的异同进行分析 并计算父本与母本个体间的遗传距离 并寻找特征性条带 通过遗传距离以及条带频率与杂种优势的相关分析 探索杂交亲本选配和杂种优势预测的可行性 目前已获得较好的扩增结果 正在进行电泳条带的分析和资料的处理 中国半细毛羊新品种重要生产性能QTL作图研究 四川农业大学动物科技学院吴登俊教授与德国慕尼黑大学动物分子遗传育种研究所费斯特教授 Prof Dr Dr M Foerster 合作研究该项目目前获德国BMBF资助 CHN 316 系列研究之三 研究目标 建立检测半细毛羊重要经济性能如羊毛品质 羊毛细度 羊毛长度 羊毛强度和产毛量以及生长发育等性状QTL的DNA微卫星标记的遗传连锁图谱并将其中一些重要QTL定位到基因组特定染色体区段上 主要研究内容和进展1 建立半细毛羊基因组DNA微卫星标记的资源参考家系DNA样本库 主要材料为国内新培育成功的48 50半细毛羊品种 目前已经采集保存和分析DNA样本800多头份 2 研究用于检测半细毛羊羊毛品质性状QTL的DNA微卫星标记体系 目前已经完成4条所选择染色体上的50余个微卫星标记 600头绵羊个体 的近3万余个基因型实验室检测 使用ABI遗传分析技术 ABI遗传分析程序检测微卫星标记图谱 图中共有7个微卫星标记 获得PCR产品后 用ABI遗传分析技术20分钟获得的结果 该图谱还可进行群体的精确系谱鉴定 即通常讲的亲子鉴定 该技术还可以用以进行遗传病的基因诊断 目前正在研究一次获得20个以上标记的程序 已经通