家畜育种学13家畜遗传资源多样性保护.ppt

1、,第13章 家畜遗传资源多样性保护,引 言 第一节 遗传资源多样性及其评估 第二节 家畜遗传资源的保护 第三节 新技术在遗传资源护中的应用 第四节 家畜遗传资源保存中存在的问题 第五节 家畜遗传资源的管理与利用,引 言,畜禽遗传资源是重要的生物资源，它是生物多样性的重要组成部分，也是生态系统的有机组成，畜禽遗传资源保护是关系到畜牧业可持续发展和生物多样性的重大问题。 畜禽遗传资源具有不可再生性，一旦丧失，就无可挽回。 畜禽遗传资源的枯竭，将使畜牧业面对自然条件的变化（如突变出现新的病原体以及日愈加剧的环境恶化）丧失自我调节和抗衡的能力。,引 言,近12000年以来，人类在全球驯化了40余个畜禽

2、物种，约14017个畜禽品种，为人类提供了约90%的动物性食品。 中国有丰富的畜禽品种资源。2004年前调查统计畜禽种质资源576个，其中地方品种426个，培育品种73个，引进品种77个；列入中国各畜禽品种志的品种280个。 （以上数据引自2009年第15次全国动物遗传育种学术讨论会杜立新教授的报告）,数十年来，家畜生产性能得到前所未有的改进,奶牛的产奶量几乎是25年前的2倍 近十多年来商品猪的脂肪减少了30%多 肉鸡上市天数也缩短了近两周,与此同时家畜遗传资源多样性也受到严重的威胁，家畜品种、类群等资源受到严重破坏，濒临灭绝。,引 言,引 言,由于为数不多的品种的良种化推广和杂交改良的普及，

3、在世界范围内逐渐取代了当地固有畜禽品种，使地方畜禽遗传资源日趋贫乏，遗传变异性愈来愈窄。 全球畜禽品种资源目前正以前所未有的速度递减，2004年，FAO估计全球有35%的家畜品种和63%的家禽品种面临灭顶之灾，世界上畜禽品种以每周减少1-2个的速度消失，其中灭绝速度最快的畜种是马、牛和猪。 欧美等国家在认识到畜禽资源的重要性之后，纷纷加强了畜禽遗传资源保护的组织与管理，以及生物技术保种的科学研究，并广泛实施了常规保种项目。,引 言,我国地方畜禽类群是中华民族的宝贵遗产，对我国畜牧业的可持续发展有极其重要的意义。 但是因为某些地方类群的生产性能不能适应变化中的市场需求，或由于人们对有些地方类群资

4、源的优良特性认识不足，简单地引入外来品种取代或盲目杂交改良，致使其中一些极有潜在遗传和经济价值的地方类群数量下降。 2000年调查的17个省331个类群中，处于濒危或将要灭绝的类群有59个，另有7个类群已经灭绝。同时约有93%的猪、44%的马和驴、35%的牛、20%的家禽、15%的绵山羊种质资源受到不同程度的威胁。,世界各国十分重视家畜遗传资源的保护 1992年6月的167个国家签署了生物多样性公约 许多国家制定家畜遗传资源管理计划和保护措施 国内自“六五”以来，就将家畜遗传资源研究列为国家科技攻关项目 1994年我国正式颁布了种畜禽管理条例和种畜禽管理条例实施细则 1996年正式成立了国家家

5、畜禽品种遗传资源委员会和国家家畜品种专业审定委员会,引 言,1998年以来，农业部将畜禽品种资源的保护和开发利用列为畜禽良种繁育体系建设的重要组成部分。 2003年以来，家畜品种资源保护提到了实现可持续发展的高度。 2005年，全国人大常委会通过了畜牧法，对畜禽遗传资源保护利用作出了全面规定，明确了资源保护利用工作的责任，为新时期开展畜禽遗传资源保护利用工作提供了法律保障。,引 言,第一节 遗传资源多样性及其评估,一、概念 （一）生物多样性： 在某一特定区域内，植物、动物、微生物在基因、物种和生态系统三个水平上多样性的总和 基因多样性：也称遗传多样性，指种内的基因变异 物种多样性：是指地球上所

6、有物种 生态系统多样性：是指生物圈内和生态系统内的栖息地、生物群落以及生态过程变化的多样性 畜禽种质资源是生物多样性的一个组成部分,家畜遗传资源多样性的表现：种、品种、品系 同种家畜不同品种和类型是家畜多样性的重要形式 品种是家畜遗传多样性的主要表现形式，是遗传资源研究的重要对象。 遗传资源的实质是基因资源（gene resource），品种就是一些特定基因及其组合汇集在一起的基因库（gene pool），是培育优良品种和利用杂种优势的良好原材料。 家畜遗传资源构成 传统的家畜家禽、驯化程度较低的哺乳类和鸟类动物、主要家畜的近缘野生动物。 家畜遗传资源多样性是生物多样性中一个重要组成部分 它在

7、物种多样性中所占的比例很小但非常重要 家畜遗传多样性的丢失比野生物种多样性的丢失对人类利益的损害更大,（二）家畜遗传资源多样性,家畜品种内个体间的遗传变异很大 研究证实，在DNA水平上个体间的遗传差异很大 地方品种类群选育程度较低，遗传多样性丰富 遗传变异为种群内的选育提供了基础 保持畜种内丰富的遗传多样性，可以维持对未知需求的足够应变能力。,（三）家畜品种内的遗传多样性,二、家畜种质特性的评估,种质特性（germplasm characteristics）即遗传特性（genetic characteristics），作为遗传资源的某一种群所特有的、能稳定遗传的特性，是家畜品种的固有属性。 种

8、质特性的具体表现 表型特征 生长、胴体及产品品质特征 繁殖特性 适应性与抗性 解剖学及生理生化特性 特色性状及其相关基因,二、家畜种质特性的评估,种质特性评估的意义 为遗传资源保护提供科学依据 发掘新的珍贵性状或遗传资源 为拓宽畜产品开发种类或开发渠道提供参考 为品种的遗传分类提供依据，揭示品种的起源、演化历程。,三、家畜遗传多样性的评估,评估层次及指标 从研究水平分： 染色体多态性：核型、带型 蛋白质多态性：红/白细胞抗原型、血液蛋白（酶）型 DNA多态性：SNPs、RFLP、AFLP、mtDNA、microsatellite DNA、microsatellite DNA座 等 从研究对象分

9、： 品种内 品种间 种间,第二节 家畜遗传资源的保护,一、家畜遗传资源保护的对象 二、国内外畜禽品种资源状况 三、家畜遗传资源保护的目标与任务 四、家畜遗传资源保护的理论与方法,一、家畜遗传资源保护的对象,（一）保护物种多样性 人类驯化的40多种哺乳动物和鸟类 一些稀少畜禽：如高原地区豚鼠、羊驼、无峰驼、牦牛，沙漠地区的骆驼，北极地区的麝牛、驯鹿，南极地区的企鹅， 重点保护目前广泛饲养的畜禽只有7种哺乳动物：水牛、黄牛、山羊、马、猪、绵羊、兔，6种禽类动物：鸡、鸭、鹅、火鸡、鸽子、鹌鹑。 （二）保护品种的多样性,目前全球约5000余个畜禽品种 近代良种在全球畜牧生产中逐渐占居主导地位 许多家畜

10、品种正面临灭绝的威胁，约有1200到1600个品种处于危险境地 每年大约有50多个品种消失 相当大一部分品种的数量正日益减少,二、国内外畜禽品种资源状况,近代良种的局限性 全都起源于西欧，起源地域狭窄，种内不同品种间亲缘关系密切，不足以保证稳定持续的畜牧业发展。 长期繁育在温带气候及高度集约化的饲养体制或优良草地的特定环境中，不足以满足人类在世界上各种生态环境中发展畜牧业的需要。 经历过长期闭锁繁育和近交育种，群体纯合程度较高。有许多未知的有利基因在纯合过程中随机损失，导致这些品种的进一步改进潜力很有限。 在近现代高强度“专门化”选择的过程中，造成了产品类型单调，不能满足社会对畜产品多样化的要

11、求。,二、国内外畜禽品种资源状况,我国畜禽品种资源状况：“七五”全国性畜禽遗传资源普查、“同种异名”归并后，确认全国拥有畜禽品种和类群596个。 2004年调查统计，畜禽种质资源576个，其中地方品种426个，培育品种73个，引进品种77个；列入中国各畜禽品种志的品种280个。 数十年来很大一部分品种资源遭到严重的破坏。,二、国内外畜禽品种资源状况,我国的地方猪种主要可以分为6个类型 华北、华中、华南、西南、江海和高原型猪 每一类型中都有许多具有独特性能的品种，例如高繁殖性能的太湖猪，耐寒体大的东北民猪，瘦肉率高的荣昌猪，适于腌制优质火腿的金华猪，体型特小的香猪，耐寒抗缺氧的藏猪等。,我国猪品

12、种资源,我国饲养的一亿多头牛中，可以分为6个类型： 乳用牛、肉用牛、乳肉兼用牛，黄牛、水牛和牦牛 拥有许多著名的地方品种或类型 乳肉兼用品种三河牛 体高力大、步伐轻快、性情温顺的南阳牛 行动迅速、水旱两用的延边牛 产于湖南、江苏、四川等地的大型役用水牛等,我国牛品种资源,绵羊 细毛羊、半细毛羊、粗毛羊、裘皮羊和羔皮羊 山羊 乳用山羊、毛用山羊、绒用山羊和皮用山羊 我国羊品种中，生态适应性特别良好的蒙古羊、哈萨克羊和藏羊，以独特二毛裘皮闻名的滩羊，繁殖力高、适于舍饲、羔皮品质优良的湖羊，皮优良的中卫沙毛山羊，以及著名的辽宁绒山羊和内蒙绒山羊等。,我国羊品种资源,我国家禽品种资源,家禽：蛋用型、肉

13、用型、兼用型、观赏型、药用型等 骨细、肉嫩、味鲜的北京油鸡 体小、省料、年产蛋200枚左右的仙居鸡 丝毛、乌骨、名贵药用的泰和鸡 体小、胸肌发达、能够飞翔的藏鸡 生长快、产蛋多的北京鸭 体型特大的狮头鹅。,我国家畜遗传资源优势,畜禽品种资源种类多 传统畜禽的固有品种多，育种素材丰富 在起源系统方面具有优势 与欧美品种关系疏远 多数畜种包含着各有特点的不同种系 畜禽与自然生息的野生原种并存 具有多样化的生态类型 具有丰富多彩的生产力类型,我国家畜的优良特性,肉脂品质好 对农副产品饲料具有良好的利用能力 繁殖力强 水禽卵用和肉用生产力高 多方面的抗逆性 群体中遗传性有害性状的频率相对较低,我国畜禽

14、品种资源面临的形势,合计 14 148 53 185,世界性的家畜遗传资源危机,危机的表现 地方品种呈急剧减少的趋势，甚至濒临灭绝 品种高度单一化 猪：欧洲基本上是大约克和长白的天下；北美，除上述品种外，多数是杜洛克和汉普夏。 奶牛：黑白花奶牛、西门塔尔牛 鸡：蛋用品种基本上只有白壳蛋、褐壳蛋两大类型和一些合成品系；肉用鸡几乎都是白洛克和科尼什等少数品种的杂交种。 危机的原因 高产品种对低产品种的排挤 盲目杂交 掠夺性开发利用,三、家畜遗传资源保护的目的与任务,家畜遗传资源保护的概念：家畜的遗传资源又叫种质资源、品种资源或基因资源，保存家畜遗传资源又叫保种。 家畜遗传资源保护的目的：获得最大的

15、持续利益，并保持满足未来需求的潜力。 任务 妥善保存现有现有畜禽的种群（品种、品系、品族、类型或其它种群），使之免遭混杂和灭绝。 严格地说，是妥善保存现有畜禽种群的基因库，使其中所有的基因都不丢失，无论它目前是否有利。,保种的意义,经济意义 保护可利用的遗传变异，当畜产品消费结构和生产条件发生改变，借助品种资源，生产者能够迅速地作出相关的反应。 科学意义 畜禽遗传资源是动物遗传育种研究的基础； 利用群体间以及个体间的遗传变异研究动物的发育和生理机制； 分析动物进化、驯化、品种形成过程。 文化和历史意义 畜禽遗传资源的保存可为一个国家或地区的文化历史遗产提供活的见证； 对于濒危畜禽遗传资源的保存

16、，应该象对待一个国家其它文化遗产一样给予高度的重视。,四、家畜遗传资源保护的理论与方法,（一）原位保存 保存一个群体基因库的平衡，力争保存每个基因。 一个规模大的群体，实行随机留种和交配，保证不受突变、选择、迁移、遗传漂变等影响。 闭锁的有限保种群体很易导致群体随机遗传漂变 遗传漂变的大小可依据群体有效含量来预测,理想群体：群体含量世代间保持恒定、公母各半、随机交配、世代不重叠、无选择和突变的群体。 群体有效含量：与理想群体有相同基因频率方差或相同的杂合度衰减率的群体含量，用Ne表示。 理想群体中亲子代间基因频率抽样方差和杂合度衰减率： 近交系数增量 ：即杂合度衰减率，反映群体遗传结构中基因的

17、平均纯合速度。,保种群的有效含量,影响近交系数增量的因素,群体规模 性别比例 留种方式 亲本贡献 交配系统 世代间群体规模的波动 世代间隔,群体规模是影响群体平均近交系数增量最重要的因素，对理想群体而言，两者的关系如下：,群体规模与近交增量,一般家畜群体中种公畜数量(Nm)远少于母畜数量(Nf )，这使得群体有效含量比实际群体规模要小：,性别比例与近交增量,随机留种条件下，群体近交系数增量为： 种公畜数量对群体有效含量的影响远大于种母畜，为了在保种群中维持较大的群体有效含量，必须保持有一定数量的种公畜。,在保种群体中，留种方式有两种，即随机留种和各家系等量留种。 家系等量留种条件下，群体平均近

18、交系数增量为：,留种方式与近交增量,当种母畜数与种公畜数目相等，家系等量留种时的近交系数增量仅相当于随机留种时的一半，这时的群体有效含量提高近一倍。,实际群体中基因的传递有四个途径： 种公畜公畜（mm）、种公畜母畜（mf） 种母畜公畜（fm）、种母畜母畜（ff） 四个途径传递的基因数目是不同的，即亲本对下一代的贡献有差异，近交增量为：,亲本的贡献与近交增量,群体平均近交系数增量随各方差、协方差增加而提高。 减少种畜在提供后代数目上的变异，是降低近交系数增量的重要手段。,异型交配可保持群体的杂合性，降低近交增量 在随机交配的基础上，人为地避免亲缘关系较近的个体间交配； 将群体划分为几个不同的亲缘

19、关系较远的亚群，在亚群间计划交配，可控制群体平均近交系数的增长。 对长期保种的群体而言，更主要的是控制群体规模。,交配系统与近交增量,若群体在不同世代的规模是变化的，则t个世代平均的群体有效含量是各世代群体有效含量的调和均数：,世代间群体规模的波动与近交增量,群体平均近交系数增量主要取决于有效含量最小的世代群体规模，群体有效含量越小，它导致群体遗传漂变越严重。,世代间隔不直接影响群体近交增量； 它与一定时间内的群体遗传结构变化速度密切相关； 世代间隔的延长可以有效减缓群体的遗传变化，有利于遗传资源的长期保存。,世代间隔与近交增量,在一个设计的保种群体中，有种公畜10头，种母畜50头。 若采用完

20、全随机留种，群体平均近交系数增量为：,例题, 若采用家系等量留种，群体平均近交系数增量为：, 如果保持种公、母畜各30头，并且采用各家系等量留种，近交增量为：, 如果初始群体近交系数为零，完全随机留种情况下从第1到第5代时的群体平均近交系数各为多大？, 如果初始群体只有种公畜2头，种母畜8头，以后4个世代保持种公畜10头，种母畜50头，在随机留种情况下，平均的近交系数增量是多大？此时群体的平均近交系数是多大？, 上述各种情况下的群体有效含量是多少？,完全随机留种情况下：,类似地可以得到其它三种情况（、和）分别为：50、120、18.12。,原位保存的基本方法,划定良种基地：基地禁止引进其它品种

21、的种畜 建立保种群：在良种基地建立足够数量的保种群 实行各家系等量留种 制定合理的交配制度：在保种群体中避免同胞交配 适当延长世代间隔，也可以降低群体近交系数增量 外界环境条件相对稳定，防止基因突变 在保种群中一般不进行选择,二、冷冻保存,家畜品种资源易位保存的主要形式之一。 低温冷冻技术对大多数畜禽的精液进行长期保存已基本可行。 冷冻精液的缺陷是，若想要获得与现有遗传特性基本一致的纯种，必须通过利用冷冻精液对畜群进行一系列的回交。 为了克服冷冻精液的缺陷，最好是结合冷冻胚胎来进行畜禽的易位保存。,第三节 新技术在遗传多样性保护中的应用,一、种群遗传变异分析（分子遗传学技术） 分析种群内和种群

22、间的遗传变异，是家畜保种的基础工作。 对遗传变异的分析已经从表型、蛋白质多态深入到DNA分子水平。 利用DNA多态性可以更全面、准确地分析种群的遗传变异。,限制性片段长度多态（RFLP) 扩增片段长度多态（AFLP) 可变数目序列重复（VNTR) 微卫星（microsatellite) 简单序列重复（SSR) 单链构象DNA多态（SSCP) 双链构象DNA多态（DSCP）,利用DNA分子多态性和相应的基因频率计算群体的遗传多样性，一般用杂合度表示。 利用DNA多态性，可以进行种群间亲缘关系分析，即计算种群间的遗传距离（genetic distance，D）,一、种群遗传变异分析（分子遗传学技术

23、）,二、基因工程技术,构建遗传图谱和物理图谱 克隆特定基因 基因转移 核移植 通过构建DNA文库保存特殊基因,第四节 家畜遗传资源保存的主要问题,家畜品种的改良为了改善生产性能、选择的目的是要打破群体遗传结构的平衡。 保种的目的在于全面地维持群体遗传结构的稳定、保种群体应避免选择、突变、迁移、近交等因素，同时要尽量降低遗传漂变。,一、保种与选育的矛盾,传统保种与选育目标是对立的。 系统保种：将保种与选育结合起来。,短期利益：保种是一项缺乏经济效益的工作。 长远利益：保种对于畜牧生产乃至社会发展都具有长期效益。但是： 资源应用价值难于评价 长远经济利益非常模糊 公益事业：需要政府和社会团体的支持

24、，甚至全球性的国际组织和政府间的合作。,二、短期利益与长远利益的矛盾,三、保种任务的区域性不平衡,发达国家：少数优秀品种取代多数地方品种。 发展中国家：仍拥有相对丰富的遗传资源。,大多保种理论研究者集中在发达国家和地区，而大多数发展中国家或地区却承担保种任务。,这种区域的不平衡性影响了保种成效，因此，发展中国家的保种应得到发达国家的支持。,畜禽遗传资源保存的三种主要方法：,四、保种方式的多样化,活体原位保种： 需要设立保种群体，维持成本很高，可靠性差。 超低温冷冻方法保种（配子、胚胎、体细胞） 作为活体原位保种的补充方式，技术、费用和可靠性在不同的家畜有所不同。 DNA基因组文库保种 目前基本上处于研究阶段，这是一种最安全、最可靠、维持费用最低的遗传资源保存方法。,三种方法各有利弊，需要共同使用，互为补充。,保种是一项耗资巨大的工作，需要设法多渠道地筹措保种资金。,五、保种资金的投入,政府财政投入，它是保种的基础； 国际社会的支持，有