豬育種技術(shù)的發(fā)展與展望
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數(shù)量遺傳學理論在過去的動物育種實踐中起到了非常重要的作用。生物技術(shù)的應用，特別是精液的冷凍保存技術(shù)和體外受精技術(shù)，大大提高了畜群的整體遺傳水平和育種效益。分子遺傳學的發(fā)展使得通過標記輔助選擇（MAS) 直接對基因型進行選擇成為可能，動物分子育種正逐步成為21 世紀動物育種的主要方法之一。生物信息學與動物遺傳育種的結(jié)合，極大地推動了分子育種的發(fā)展，成為現(xiàn)代育種不可或缺的部分，尤其是在目前的高通量測序技術(shù)中發(fā)揮了舉足輕重的重要作用。此外，一些先進的檢測技術(shù)也加快了豬育種工作的進程�！ �1 數(shù)量遺傳學與豬育種 數(shù)量遺傳學是遺傳學原理與統(tǒng)計學方法相結(jié)合，研究群體數(shù)量性狀的一門科學，在動物育種實踐中起著主導作用。數(shù)量遺傳學原理應用于育種實踐，是在選擇時通過提高群體中有利基因的頻率，降低不利或有害基因的頻率，進而使群體的生產(chǎn)性能得到大幅度提高。它通過提高遺傳參數(shù)和育種值估計準確性來提高畜禽整體生產(chǎn)性能。數(shù)量遺傳學包括3 大核心：重復率、遺傳力和遺傳相關(guān)。借助遺傳參數(shù)可以從表型值估計推斷育種值，從而定量化地做出育種決策�！ ⊥ㄟ^數(shù)量遺傳學的方法與理論開展豬的育種工作，主要包括兩個部分的內(nèi)容：一是豬的遺傳參數(shù)估計，二是豬的遺傳評定。 從統(tǒng)計學上講，遺傳參數(shù)的估計可歸結(jié)為方差或協(xié)方差組分估計。目前，隨著統(tǒng)計算法的不斷更新，遺傳參數(shù)的估計變得越來越準確。 遺傳評定即評估畜禽種用價值的高低，是畜禽育種工作的中心任務。畜禽種用價值的高低是用育種值來衡量的。用于育種值估計的方法概括起來主要有：選擇指數(shù)法、群體比較法和混合線性模型法。其中混合線性模型法既可以估計模型的固定效應，得到其最佳線性無偏估計值，又能預測隨機的遺傳效應，得到最佳線性無偏預測值，因此，估計的育種值準確性大大提高�！ �2 現(xiàn)代動物育種新技術(shù)與豬育種 現(xiàn)代分子生物技術(shù)的發(fā)展，給動物育種帶來了新的活力。通過各種現(xiàn)代生物技術(shù)的綜合應用，結(jié)合傳統(tǒng)的育種方法，可大大加快育種進展�！ �2.1 繁殖新技術(shù)與豬育種 2.1.1 精液的冷凍保存技術(shù) 精液冷凍保存技術(shù)，可以使不同國家、地區(qū)的優(yōu)良種公豬的精液便于交流，能將精子存活時間延長至多年，而且通過人工授精技術(shù)能大幅度提高優(yōu)良種公豬的利用率，使優(yōu)良種公豬獲得大量的后代，從而擴大其在畜群遺傳改良中的作用。此外，利用精液長期冷凍保存技術(shù)，可以更經(jīng)濟可靠地實現(xiàn)家畜遺傳資源的保存（ 保種)。而胚胎的冷凍保存和胚胎移植在豬上使用得較少�！ �2.1.2 人工授精技術(shù) 人工授精技術(shù)與精液的冷凍保存技術(shù)是相互配合的。運用體外授精
器械將冷凍保存的精液輸入適配母豬的生殖道內(nèi)，可以做到大規(guī)模統(tǒng)一時間的集體配種，而且可以做到精液的公豬來源清楚可控，方便集約化種豬場實施育種工作�！ �2.2 分子技術(shù)與豬育種 2.2.1 分子遺傳標記技術(shù) 2.2.1.1 基因定位和構(gòu)建基因圖譜 動物基因定位是基因組育種的基石�；蚨ㄎ坏哪康氖菫榱搜芯坑兄匾�(jīng)濟價值的基因。前提是構(gòu)建能覆蓋整個基因組的高分辨完整基因圖譜。包括遺傳圖譜和物理圖譜，進而弄清基因組全部核甘酸順序。遺傳圖譜表明了種系細胞在減數(shù)分裂時基因座位之間發(fā)生重組的效率。從而標記出基因間的距離和連鎖情況。物理圖譜則表明了基因座位在染色體上的具體位置�；蚨ㄎ坏姆椒壳耙约蚁捣治�、體細胞雜交和原位雜交為主�！ �2.2.1.2 數(shù)量性狀主效基因分析 畜禽中絕大多數(shù)有經(jīng)濟意義的性狀都是受多基因控制并呈現(xiàn)連續(xù)分布的數(shù)量性狀，蘊藏于基因組DNA 中豐富的遺傳標記可以將標記位點和數(shù)量性狀位點（QTL)相聯(lián)系。數(shù)量性狀主效基因的分析方法有2 種，一是連鎖分析，即利用多DNA 標記對參考分離群個體作連鎖分析定位；二是候選基因鑒定，即根據(jù)生理生化理論鑒別某種功能基因?qū)δ硵?shù)量性狀的遺傳效應，篩選出對該數(shù)量性狀有影響的基因和分子標記，并估計其效應值�！ �2.2.1.3 標記輔助選擇（MAS) 與眾多的生長性狀相比，豬中已定位的QTL 非常有限，短期內(nèi)無法了解控制性狀的機理，通過與QTL 連鎖的DNA 標記評估個體的生產(chǎn)潛力是大多數(shù)情況下的育種模式，稱為標記輔助選擇。MAS 不僅可在生命的早期開始，不必再等待生產(chǎn)性狀完全表現(xiàn)，而且突破了限制性狀從單性別選擇的局限，對于破壞性試驗選擇的性狀，如屠體、抗體性狀也不必做昂貴的屠宰和疾病應激試驗。因此縮短了世代間隔，提高了選擇強度，增加了選擇的準確性。 2.2.1.4 雜交優(yōu)勢預測 一般而言，雜交優(yōu)勢與親本品系間的遺傳距離在多數(shù)情況下呈正相關(guān)，用 DNA 分子標記測定個體及親本品系間的遺傳距離，能輔助選擇品系及個體間的雜交優(yōu)勢。部分研究已對此予以證實。劉榮宗等利用20 個RAPD（隨機擴增多態(tài)性DNA)標記測定豬的 4 個組合親本間遺傳距離，檢測結(jié)果與以往的研究結(jié)果一致，反映了各親本組合的真實遺傳關(guān)系。但也有研究表明，一些親緣關(guān)系遠的組合中遺傳與雜交優(yōu)勢的座位在不同組合存在差異，其程度與雜交優(yōu)勢有關(guān)基因的連鎖關(guān)系在不同基因組合中的表現(xiàn)亦不盡相同。因此尚需研究大量的雜交組合，以了解其表現(xiàn)機理，才能有效用于育種實踐�！ �2.2.2 DNA 甲基化 在以往的眾多研究中可以得知DNA 甲基化對基因的表達具有重要的調(diào)控作用。近幾年來隨著對于DNA 甲基化研究技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于DNA 甲基化的研究取得了突飛猛進的進展。但是從目前的研究現(xiàn)狀來看DNA 甲基化研究集中于醫(yī)學領(lǐng)域尤其是與人類相關(guān)的各種疾病。在中國的期刊網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中約有99% 的DNA 甲基化來自
腫瘤疾病的研究并且多集中在對于某一個基因的DNA 甲基化研究上，而來自基因組水平的研究資料很少。因此從全基因組水平深入研究DNA 甲基化在畜禽生命活動中的作用具有重要的生物學意義。 Yang等使用熒光標記的甲基敏感擴增片段多態(tài)性方法（F-MSAP 方法)對萊蕪豬不同組織及不同品種豬肌肉組織甲基化程度進行檢驗，并且通過對不同品種肌肉組織和甲基化程度進行統(tǒng)計檢測分析來看在各個品種間的甲基化程度差異顯著。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)各品種肌肉組織 DNA 甲基化程度與各品種肌間脂肪含量間不具有相關(guān)性。雖然現(xiàn)在沒有相關(guān)研究證實DNA 甲基化與動物的各種生產(chǎn)性狀、屠宰性狀有密切聯(lián)系，但通過已知的信息可以推斷出DNA 甲基化可能與動物的遺傳育種息息相關(guān)，尤其是雜種優(yōu)勢現(xiàn)象。在植物中已經(jīng)通過對玉米雜交種及其親本DNA 甲基化比例的研究發(fā)現(xiàn)基因組表達活性與DNA 甲基化存在顯著負相關(guān)。由此認為雜交種DNA 甲基化程度降低可能與雜種優(yōu)勢形成有關(guān)�，F(xiàn)在已經(jīng)開始有研究將DNA 甲基化與動物的各種生長及屠宰性狀之間進行相關(guān)性分析，只是尚未得出具體的結(jié)論且現(xiàn)有的研究成果尚不足以闡明DNA 甲基化與雜種優(yōu)勢的具體關(guān)系。親子代間甲基化各種差異類型與雜種優(yōu)勢的關(guān)系還有待于進一步的相關(guān)研究�！ �2.2.3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)與豬育種 轉(zhuǎn)基因育種是指通過轉(zhuǎn)基因的方法，將外源的基因（包括種內(nèi)和種間)整合到豬的基因組中或者將豬自身的基因敲除或沉默，借此來定向改變豬的性狀，以轉(zhuǎn)基因材料進行的育種。轉(zhuǎn)基因技術(shù)作為育種技術(shù)的優(yōu)點在于：不但可以打破物種界限導入其他物種的優(yōu)良基因，也可以通過對物種內(nèi)現(xiàn)有基因組的“精細手術(shù)”，獲得依靠自然選擇與人工選擇無法獲得的新基因組合。目前，轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要用作生物工程手段，作為分子育種技術(shù)尚處于探索階段。但隨著國家轉(zhuǎn)基因重大專項的實施，轉(zhuǎn)基因技術(shù)將會成為家畜分子育種的重要內(nèi)容。轉(zhuǎn)基因技術(shù)已成功運用于豬，獲得了一些轉(zhuǎn)基因豬。1985 年，Hammer 等通過顯微注射的方法，將由小鼠MT-1啟動子驅(qū)動的人
生長激素基因（HGH)注射到豬、羊和
兔卵細胞的原核中，該融合基因成功地整合到了豬和兔的基因組上并能正常表達�！ ∥覈霓D(zhuǎn)基因豬也已取得了重要成果：1989 年，中國農(nóng)業(yè)大學陳永福與湖北省農(nóng)科院生物技術(shù)研究所合作，將豬生長激素基因（GH)轉(zhuǎn)入湖北白豬中，顯著提高了生長速度與飼料利用率；湖北省畜牧所與中國農(nóng)科院蘭州獸醫(yī)所合作，將抗豬瘟病毒（HCV)基因?qū)胴i中，獲得了抗豬瘟的轉(zhuǎn)基因豬；2000 年，鄭新民、魏慶信等用顯微注射的方法，生產(chǎn)出來能夠合成人血清蛋白（HAS)的轉(zhuǎn)基因豬；2006 年底，東北農(nóng)業(yè)大學劉忠華教授帶領(lǐng)的團隊研制出中國首只轉(zhuǎn)基因“熒光豬”；2008 年，中國農(nóng)科院北京畜牧獸醫(yī)研究所李奎教授等人，繼美國之后培育出了轉(zhuǎn)FAT-1 基因的保健豬。這些轉(zhuǎn)基因材料一旦經(jīng)過生物安全評價就可以作為育種素材進行新品種的培育。目前，我國轉(zhuǎn)基因生物新品種重大專項的啟動將進一步推動轉(zhuǎn)基因豬的研究進程�！ �2.3 生物信息學與豬育種 2.3.1 建立與豬良種繁育相關(guān)的基因組數(shù)據(jù)庫 可根據(jù)不同物種間的進化距離和功能基因的同源性，比較容易地找到與豬經(jīng)濟性狀相關(guān)的基因，在此基礎(chǔ)上利用相關(guān)的DNA 標記，開展分子育種，從而加快育種的進程和速度，按照人們的愿望加以改造。由于豬的經(jīng)濟性狀大多都是由微效多基因控制的，在此基礎(chǔ)上又存在著主效基因，所以，我們可以利用序列的對比和同源分析，在已有的生物數(shù)據(jù)庫中尋找與豬經(jīng)濟性狀相關(guān)的主效基因的同源序列區(qū)和同源基因，并對其進行定位，從而建立起與豬良種繁育相關(guān)的基因組數(shù)據(jù)庫，并以此來改良豬品種。另外，在非編碼區(qū)域，可在各個基因片段序列的基礎(chǔ)上，結(jié)合分子遺傳標記，對主效基因各個基因片段基因型的差異、等位基因從親代傳遞到子代的具體途徑和未知信息進行早期檢測，從而準確地鑒定出個體間的基因差異可從個體表型、形成原因進行細分，可更有效地分析遺傳模型，提高豬遺傳評定的準確性及效率�！ �2.3.2 豬功能組的研究 隨著各種畜禽的基因組測序的進行，大量相關(guān)的序列數(shù)據(jù)將會呈現(xiàn)出來，根據(jù)“序列一結(jié)構(gòu)一功能”的決定順序，且在基因組的研究方案中多序列的分析使探究功能的過程有了質(zhì)的飛躍，所以可對豬基因組序列進行同源識別、序列聯(lián)配、特征片段檢測、建立數(shù)據(jù)模型、功能位點確定及預測其可能的結(jié)構(gòu)等方法來揭示對應的功能。目前，已在核酸層次上運用DNA 芯片技術(shù)和在蛋白質(zhì)層次上運用二維凝膠電泳及測序質(zhì)譜技術(shù)來進行大規(guī)模基因功能表達圖譜的建立和分析，從而完善豬功能組的研究�！ �2.3.3 進一步認識調(diào)節(jié)豬生長發(fā)育的各種機制和途徑 由于在不同組織中表達基因的數(shù)目差別是很大的，且同一組織在不同的個體生長發(fā)育階段表達基因的種類、數(shù)量也是不同的。基因與基因之間、基因與蛋白質(zhì)之間是一個動態(tài)系統(tǒng)的有機組成部分。在不同的生長、發(fā)育、分化、疾病等狀態(tài)中，不同的組織器官內(nèi)，基因間存在著復雜的相互作用關(guān)系，構(gòu)成一個復雜的時空網(wǎng)絡�？赏ㄟ^基因組圖譜的分析、同源比較、分子建�；蚶肈NA 微芯片技術(shù)對畜禽生長發(fā)育的不同階段、不同生理狀態(tài)下有不同表達的基因進行研究，另外，還可從基因組DNA 測序數(shù)據(jù)中確定編碼區(qū)，從而進一步揭示調(diào)節(jié)豬生長發(fā)育的各種調(diào)控機制和作用途徑�！ �2.3.4 比較基因組學的應用 因為DNA 序列上的差異反映了物種親緣關(guān)系的遠近程度，所以完整基因組間的比較研究可在豬的性狀選擇、篩選雜交組合以及預測雜種優(yōu)勢等方面得到應用。另外，通過比較不同物種基因中DNA 或
氨基酸序列的異同可以研究豬的分子進化，同時也可對處于不同進化階段動物物種的基因組結(jié)構(gòu)和功能進行比較分析，從而弄清豬基因的起源和進化、結(jié)構(gòu)和功能的演變，發(fā)現(xiàn)其間的親緣關(guān)系，為豬育種提供科學的參考依據(jù)�！ �2.3.5 建立豬的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫 保種的實質(zhì)是保存現(xiàn)有的畜禽資源的基因庫，它的主要任務是要穩(wěn)定種群的基因頻率。由于保種是保存一個品種的完整的基因組，所以可利用生物信息學的方式進行豬各個種群基因組的檢測、發(fā)掘新的特色基因和建立特色基因文庫，在宏觀上可建立地理信息系統(tǒng)，而在具體方式上可考慮建立豬種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫，進一步使保種科學化與合理化，為豬的育種工作提供更多的遺傳素材�！ �2.4 超聲波技術(shù)與豬育種 測量技術(shù)在豬育種中的作用眾所周知，其方法的改進和技術(shù)的發(fā)展往往能推動豬育種的快速發(fā)展。最著名的例子是20 世紀60 年代豬屠宰后測量背膘厚度的辦法被活體超聲波掃描取代，使活體間接選擇瘦肉率成為可能，從而帶來了巨大的遺傳進展和經(jīng)濟效益。幾十年來， 超聲波技術(shù)的發(fā)展和應用使得豬的育種工作發(fā)生了巨大的變化，取得了驚人的成績。目前許多國家都開始將超聲波的活體測量結(jié)果作為判斷依據(jù)，運用于豬胴體性狀和某些肉質(zhì)性狀的遺傳改良�！ �2.4.1 超聲波在豬育種中的應用 超聲波設備最初應用于人類醫(yī)學領(lǐng)域，主要分為A 型機和 B 型機。Wild首次作了超聲應用的相關(guān)報道，認為超聲技術(shù)具有無損、刺激性小的特點可用于活體動物肌肉和脂肪組織的定量研究。隨后在1956—1957 年間，超聲儀便已用于測量牛和豬活體的皮下脂肪。目前，豬的育種中A 型機一般用來估計給出的解剖部位的脂肪和肌肉厚度，由于它能降低豬在測定時的應激，從而取代了手術(shù)式探尺的測定，但在較深的組織的測定上有其不足。B 型機可以測定不同密度的各種特異性組織，現(xiàn)在用來估計背膘厚度、背最長肌的肌肉厚度、肌肉面積和肌肉周長等。由于它能非常精確地實時給出動物組織圖像，稱實時超聲，實時超聲波技術(shù)為傳統(tǒng)豬的選育工作提供了一種新的方法，它允許在豬活體上進行無損測定，而且花費較小。目前其測量精度可達到（±) 1.5 mm，所需時間僅為1 ～ 2 s�，F(xiàn)在常用來進行豬活體的背膘厚、眼肌深度、眼肌面積的測定�！ �2.4.2 超聲用于豬活體膘厚和眼肌面積的測定 測定活體膘厚和眼肌面積，在豬育種工作中是很重要的，在豬的遺傳育種和性能鑒定上作為2 項重要的指標參數(shù)而深受重視。超聲技術(shù)測定豬活體的背膘厚度和眼肌厚度或面積已廣泛應用于遺傳改良。Wilson 和Gresham 等利用B 超測定豬活體的背膘厚，取得了很好的效果�！ �2.4.3 超聲用于豬活體肌內(nèi)脂肪的估測 實時超聲波活體預測家畜的肌內(nèi)脂肪含量在國內(nèi)外也在研究之中，但目前在這方面的研究主要集中在牛上。而實時超聲波活體預測種豬的肌內(nèi)脂肪的研究報道主要來至國外，其方法也大都借鑒預測牛肌內(nèi)脂肪的方法。超聲波用于豬肌內(nèi)脂肪含量的選擇計劃，最初是1998 年在美國愛荷華州立大學的貝爾斯蘭蒂紀念種豬場開始的，他們通過采用實時超聲儀采集杜洛克豬的超聲圖象來估測肌內(nèi)脂肪（IMF)含量，以此為依據(jù)進行選擇，經(jīng)過3 個世代的選擇后，共屠宰217 頭對照系和182 頭選擇系，結(jié)果表明選擇系豬比對照系豬的IMF 要高，分別為3.94% 和3.40%（ P＜ 0.01)，選擇系該性狀的平均育種值（EBV 值)比對照系高 0.83%，取得了較好的效果。此后，這方面的研究才逐步發(fā)展起來。Newcom 等的研究結(jié)果表明，運用實時超聲估測活體豬肌內(nèi)脂肪含量是可行的�！ �3 展望 由于多個物種的測序完成和 SNP 芯片（單核苷酸多態(tài)性芯片)的出現(xiàn)，一種新的選擇方法——全基因組選擇在 2001年被提出。全基因組選擇是指使用覆蓋全基因組上的標記來進行選擇，與之前的 MAS 相比，不依賴于對性狀影響較大的標記的數(shù)目，并能對多個性狀進行同時選擇，提高了選擇的準確性。通常，全基因組選擇的方法有兩步，首先是通過對資源群體進行全基因組的 SNP 芯片掃描和各個性狀表型值的測定統(tǒng)計，估計出基因組不同組分對目標性狀的影響程度，并構(gòu)建出育種值的預測模型；然后根據(jù)育種群體中多SNP、單倍型、單倍型域、染色體區(qū)段等綜合構(gòu)成的全基因組基因型信息進行估計，得到個體的基因組估計育種值（GEBV)，然后依據(jù)GEBV 進行選種。由于全基因組選擇利用的信息量最大，選擇的準確性將極大地提升，這將是今后豬分子育種的主要發(fā)展方向�！ �(shù)量遺傳學的方法和現(xiàn)代動物育種新技術(shù)相結(jié)合，運用先進的檢測技術(shù)，將極大地促進豬育種工作的開展，使育種效果得到顯著提高。
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