家畜育种学第13章-生物技术在家畜育种中的应用(共37页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上第十三章 生物技术在家畜育种中的应用第一节 生物技术的概念一、生物技术的定义生物技术来自英语“biotechnology”一词，在国内的一些论著中也有将其称为“生物工程”。迄今对生物技术的概念并没有一个十分经典的表达方式，比较常见的有两种：其一是将生物技术定义为，“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”；其二是将生物技术界定为，“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”。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。人类在数千年前就已经掌握了，人为地控制和改变生

2、物固有的生命周期和生活规律的技术，使生物能按照人类的意愿提供产品。例如: 据考古工作者发现，我们的祖先在公元前几千多年就开始利用微生物发酵技术酿酒，这就是一种古老的生物技术。生物技术又是当前产业革命和知识经济中的高新技术之一。传统的生物技术和新生物技术之间有着发展中的联系，又有着质上的差别。例如，过去酿酒时的发酵技术属于传统的生物技术，而今使用DNA重组技术改进的曲种，而生产高醇度的酒，则属于新生物技术范畴。由传统生物技术到新生物技术的飞跃，应该追溯到人类对于生物遗传物质及其传递过程认识的深化。20世纪初，科学家们开始认识了生物遗传的基本规律，注意到了生物在个体间或种间变异的内在根源。在此基础

3、上发展了遗传学和育种学。科技发展到了今天，人类已基本从分子水平上掌握了生命现象的规律。现在,人类可以准确地确定生物体内控制性状表现的基因，并能够将其从DNA大分子中剪切下来，按照人的要求将其接合到其它个体的DNA分子上，再通过细胞融合、转基因、胚胎移植等生物技术，创造出具有新的特殊功能的物种、品种或个体。这种新的生物技术，一方面大大地提高了基因突变发生的概率，另一方面也缩短了长期的生物进化过程。新生物技术的优越性主要体现在，它的大部分过程都是在常温常压下进行的，可以节约资源和能源，甚至不需要大量的附加设备，因此可以节省大量的费用，减少对环境的污染。更重要的是生物资源具有可循环性，这对于当前世界

4、性的资源日趋枯竭，环境不断恶化的严峻形势来说，无疑是一项具有重要意义的发展战略。生物技术主要包括四大部分，即细胞工程、基因工程、酶工程和发酵工程。近年来，随着生物技术的发展与开发，学科间相互交叉渗透更加强烈，又出现了生化工程和生物电子技术，共同构建了现代生物技术综合体系。三、动物生物技术研究领域动物科学属生命科学(life science)领域，动物科学的主要任务是，研究、开发系列畜牧生产技术，使用这些技术能按照人们的愿望，影响和控制畜禽在遗传育种、营养饲料、饲养管理、防病抗病等方面的功能和状态，为人类提供量多质优的畜产品。因此，广义地说，畜牧技术也属传统的生物技术范畴。近年来，采用新生物技术

5、的研究手段，在家畜遗传育种领域中，又发展出独具特色、自成体系的新生物技术。新动物生物技术主要包括繁殖生物技术和分子生物技术两个领域。家畜繁殖生物技术除了已经十分成熟的人工授精技术外，还包括近年来发展起来的，已日臻成熟或即将成熟的胚胎工程技术，诸如：超数排卵和胚胎移植、胚胎性别鉴定、体外受精、胚胎分割、克隆技术等。动物分子生物技术主要涉及基因组分析技术、DNA诊断技术、转基因技术等领域。80年代以来，又出现了一个被称为分子数量遗传(molecular quantitative genetics)的学研究领域，它是将分子生物技术与数量遗传学方法相结合，研究数量性状基因（QTL）定位与分子标记辅助选

6、择（MAS）的理论和方法。这一学科新领域的发展，必将给家畜育种学带来一次新的飞跃。本章将介绍在动物生物技术在家畜育种应用领域中，迄今所获得的研究成果和基本认识。在此需要注意两点：其一是由于动物生物技术是一个新兴学科领域，许多理论、方法和技术仍处在研究、发展与深化阶段，对其在家畜育种中的应用的预测，也将随之进一步延伸和扩展。因此我们在使用本教材时，应及时地吸收这一研究领域的新成果、新认识，不断完善这一部分内容。其二是新生物技术实际上是在传统常规技术基础上发展起来的。事实上，单凭新生物技术的发展是无法解决畜牧生产持续发展的全部问题。常规技术与新技术是相互补充、相互促进的，只有二者共同发展，才能建立

7、整体的新畜牧技术体系。第二节 繁殖生物技术在家畜育种中的应用一、人工授精与AI育种体系 人工授精技术自从本世纪40年代问世以来，首先在奶牛生产中，其后在其它的畜种中得到广泛地应用。近几十年来，人工授精技术不断地发展和完善，尤其是精液低温冷冻保存技术的成熟，使人工授精成为迄今在家畜育种中最重要的生物技术。它给家畜育种带来的效应可概括为以下几点： 1、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。2、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。既可以实现优秀种公畜精液跨地区，甚至于在全球任何国家和地区使用。又可以通过长期保

8、存，使精液在任何时间使用，即使种公畜死后多年，通过它的冷冻精液照样可以在育种中起作用。因此，进一步扩大了优秀种公畜在家畜遗传改良中的作用。3、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，例如一头乳用种公牛每年至少可承担1.02.0万头母牛的配种。由此大大减少了种公畜的需要量，在同样的选择基础上，提高了公畜的选择强度，从而加快了群体的遗传进展。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。在过去的几十

9、年中，国内外的家畜育种工作都得到了很大的发展。导致这一快速进展的原因之一，应归结于数量遗传学方法与人工授精技术相结合形成的新育种体系。以奶牛育种为例，经过多年的研究与实践，逐渐形成一套系统地应用人工授精技术的育种方案，称之为“AI育种体系”(AI breeding system)。这个育种体系的要点是： 在畜群中广泛地应用人工授精技术，并在牛群中全部使用经过遗传评定的验证公牛(tested bulls)；在育种群中实施大规模的、规范化的生产性能测定；通过“定向选配”，即选择优秀的种公牛与育种值最高的种子母牛交配，有计划地培育后备公牛；组织科学、严格的公牛后裔测定，并应用先进的数据统计分析方法估

10、计育种值，提高选种的精确性。由于长期坚持实施“AI育种体系”，使得美国、加拿大等奶牛生产发达国家,在过去的40余年中，全国奶牛群体规模减少了三分之一，而总产奶量却稳中有升。这说明了奶牛的平均生产性能提高了30以上。据1996年统计分析结果，北京市自1972年建立种公牛站，开始全面推广冷冻精液以来，奶牛的产奶量平均每年获得将近50kg的遗传进展，在过去的25年间，奶牛平均单产净增2200kg。 在欧美发达国家，人工授精技术在猪的育种中应用得也十分广泛、深入。由猪的育种协会牵头，组织实施了类似于奶牛的“AI育种体系”。即在一个育种协作地区，由育种协会组织，建立统一的育种方案，通过集中饲养和培育优秀

11、种公猪，采用人工授精技术推广种公猪精液，在各猪场间共同合作选育和使用种公猪，实施统一的育种措施。 二、人工控制母畜繁殖周期 在畜牧生产实践中，控制母畜发情周期技术主要采用两种方法，其一是借助于前列腺素或类似药物来促使黄体提前消散，其二是通过对妊娠的处理和对幼畜的提前断奶来调节黄体的功能。采用激素药物处理，既可以促进母畜提早达到性成熟的生理状态，也可以使母畜产后提前发情。可预见，用生物技术生产的各种药物将被广泛应用。控制母畜繁殖周期技术的应用，对家畜育种工作可实现以下的效应： 1、通过人工控制发情，可以更准确地掌握畜群中母畜的繁殖生理周期，从而实现适时输精，大大地提高了畜群的受胎率。 2、通过成

12、批母畜的同期发情处理，便于一些畜群遗传改良措施的实施。例如：在较短的时间内，为了对成批的受体牛进行冷冻胚胎移植工作，提前对受体牛进行同期发情是十分必要的。此外，为了实施品种改良计划，在某一地区或某一群体中，对所有的母畜集中进行优良品种冷冻精液的输精工作，即所谓“冷配改良”，但此前需要对畜群进行同期发情处理。3、一般促进发情的药物处理还可提高母畜的排卵率，尤其对羊和猪来说，在一定程度上，可提高繁殖率，这对肉或毛的生产均是十分有利的。4、人工促进母畜性早熟，实现提前配种，在育种上可达到缩短世代间隔加快遗传进展的效应。5、产后人工催情可缩短母畜的胎间距，提高种畜的使用效率，进而提高育种效益。 三、胚

13、胎移植与MOET核心群育种体系家畜繁殖技术研究结果表明，通过对种母畜即供体牛实施超数排卵(multiple ovulation)处理，可诱发动物更多的卵母细胞的成熟和排卵，因而可充分利用卵巢中储备的生殖细胞。这种诱发排卵是在母畜黄体期间通过注射促性腺激素和前列腺素来实现的。在完成超数排卵后，即可进行授精、采胚、胚胎检验、胚胎培养与保存，然后将发育正常的胚胎移植到发情适时的受体牛生殖道内，以期实现“借腹怀胎”的目的。在这项繁殖生物技术中，超数排卵是基础，胚胎移植(embryo transfer)是手段。但人们往往习惯于将这两项相互联系的生物技术统称胚胎移植。在家畜中应用胚胎移植技术，最早是在奶牛

14、上实现的，且迄今是应用得最为深入广泛的领域。因为牛可以实现非手术采胚和移植，操作过程较易完成。1、胚胎移植在家畜育种中可实现的一般效应:与人工授精技术相似，通过使用胚胎移植技术，可以实现常规育种技术难于达到的效应： (1) 使优秀母畜能获得更多的后代，扩大其在畜群遗传改良中的作用，这对于低繁殖力畜种，诸如牛和羊更是有意义。 (2) 使用胚胎冷冻保存技术，可以用于家畜品种资源保存工作。就保种效果而言，保存胚胎的效果要优于精液保存，因为胚胎是保存了完整的基因型，而精液只包含了一半的遗传物质。(3) 通过冷冻胚胎进出口，可实现更有利的种畜遗传物质的跨越国界交换。与冷冻精液相比，通过胚胎是传递种畜全部

15、的遗传物质，而精液只能携带一半的遗传物质。与交换活畜相比，胚胎交换既经济、又几乎没有兽医防疫的风险。(4) 通过冷冻胚胎的传递，可以引进用正常手段难于实现的育种材料。例如出于育种工作的需要，从那些出于兽医卫生上的原因而封锁的国家，引进急需的育种材料；或必须要导入含有应激敏感基因的优秀品种，而运输活畜又很难实现时，引进胚胎是最好的途径。(5) 在家畜育种中，经常会遇到一些本身遗传素质十分优秀，而因某些繁殖障碍而不能妊娠的母畜。为了尽量地延续它们在育种中的作用，可采用胚胎移植，使其获得后代。2、奶牛MOET核心群育种体系如前所述，应用胚胎移植技术可大大提高母牛的繁殖力。因此，在讨论其在育种中应用的

16、策略时，人们往往首先考虑的是，通过胚胎移植扩大高产母牛在群体中的影响。但相应的育种规划研究表明，在一个实施常规AI育种方案的奶牛群体中，若应用胚胎移植技术仅旨在提高优秀母牛的繁殖力时，只能获得提高遗传进展5-10的育种成效。这一育种成效的改进，主要是由于种子母牛选择强度的提高所致。而实施胚胎移植技术的成本是很高的，因此，仅以提高母牛繁殖力或改善母牛育种环境为目的而应用胚胎移植技术策略，实际上是不现实的。 鉴于此，80年代以来，许多育种学家建议，将胚胎移植技术高效率、高强度地应用于一定规模的高产奶牛育种核心群中，通过特定育种方案的实施，在核心群中选育优秀的种公牛和种母牛，而后通过种公牛、精液、胚

17、胎等育种材料的推广，进一步改良整个奶牛群。这个将胚胎移植技术应用于育种中的策略，可以产生很大的育种成效，与其相比，核心群中实施胚胎移植技术的成本是微不足道的。将胚胎移植技术的优势与核心群育种的特点结合为一体，就形成了一个新的育种体系，称之为MOET核心群育种体系。“MOET”是英文超数排卵和胚胎移植的缩写，它的优势是可以提高母牛的繁殖力，这对低繁殖力的奶牛来说，具有特殊的意义。核心群育种的特点在于，育种措施主要集中在较小的高产牛群中进行，既便于严格地实施育种方案，又可实施一些在一般牛群中难于进行的育种措施，例如某些特殊性能的测定，诸如采食量、挤奶性能等等。奶牛MOET核心群育种体系的主体是建立

18、一个高产奶牛核心群，在核心群中实施胚胎移植技术的目的在于，使供体母牛每年获得一定数量的具有全同胞关系的后代，由此在该育种体系中，不再组织耗时长的公牛后裔测定，而是利用具有全同胞和半同胞遗传关系的母牛性能记录资料，采用特定的统计推断方法，进行核心公牛和核心母牛的遗传评定。由此可缩短核心群的世代间隔，进而加快牛群的遗传进展，提高育种效益。MO育成核心群ET母牛核心群 供体牛 胚 胎ET犊牛人工授精站 核心公牛 青年公牛青年牛性能测定站（生长发育性状）生产群生产群图131描述了MOET核心群育种体系的基本流程。从图13-1可看出以下几个要点：经严格选择，组建一个6001000头的高产母牛核心群, 在

19、核心群中，对所有母牛实施可靠的性能测定。除产奶性能外，还应测定那些遗传力偏低，而经济重要性很高的次级性状(secondary traits)，以及其它特殊性状。因此这个核心群也称为“母牛性能测定站”(cows test station)； 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作为胚胎移植的供体母牛；对供体牛进行超数排卵处理，并使用核心公牛或进口的优秀公牛精液配种，以期获得足够数量的可用胚胎，例如1220枚；在核心群内，把其它的母牛均作为即受体母牛使用，接受胚胎移植；在得到的ET犊牛中, 母犊牛育成后，第一胎先在核心群中全部作为受体母牛使用，在其获得第一泌乳期成绩后，使

20、用群体内动物模型BLUP法，进行母牛个体遗传评定。在每一全同胞组的头胎母牛中，仅选留一头最优秀者，作为核心母牛留在核心群中； ET公犊牛经过生长发育性能测定后, 同样每全同胞组留一头，等待进一步的选择； 选留下来的青年公牛要等到其全同胞、半同胞姐妹的第一泌乳期性能测定得到后,利用以全同胞半同胞信息为主的资料，进行青年公牛的育种值估计和遗传评定,选择一定数量的核心公牛； 在核心群以外的生产群中，还可组织一个 “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，这尤其对次级性状的遗传评定是十分有意义的。表131列出了MOET核心群育种体系的流程，包括青年牛模型(juvenile model

21、)和成年牛模型(adult model)。在青年牛模型中，种牛均在13月龄时，使用母亲的生产性能以及其它系谱信息进行遗传评定。种母牛一经选留，即刻进行超排处理，则获得后代时，大约为22月龄，即可实现1.83年的世代间隔。在成年牛模型中，青年母牛第一胎作为受体牛使用。公牛和母表131 一般MOET核心群育种体系的育种流程月龄青年牛体系（供体牛）成年牛体系（供体牛）1出生出生13选择并进行MOET1415妊娠妊娠22MOET后代出生2324分娩分娩34第一泌乳期结束第一泌乳期结束35选择MOET后代并进行MOET选择并进行MOET3644第二代MOET后代出生MOET后代出生牛的遗传评定是等到青年

22、母牛获得第一泌乳期产奶成绩后进行，此时年龄为35月龄。所以被选留作为种牛的后代出生时，它们的年龄为44月龄，即3.67年。表132列出了上述两MOET育种模型中，估计育种值时可使用到的信息来源。在青年牛模型中，仅能使用各种祖先提供的系谱信息。而在成年牛模型中，在公牛和母牛的育种值估计时，均可使用到一定数量的全同胞和半同胞的信息，而且母牛还有个体本身的性能记录，显然育种值估计的精确性要优于青年牛模型。表132MOET核心群中种畜选择时可利用的信息青年牛体系成年牛体系祖母、外祖母第三胎成绩母亲第三胎成绩母亲第一胎成绩本身第一胎成绩母亲和父亲全同胞第一胎成绩全同胞成绩母亲和父亲半同胞第一胎成绩半同胞

23、成绩表133是一次模型计算的结果，由此可以看出AI育种体系与MOET核心群育种体系在遗传进展上的比较。 表133 各育种体系育种成效的比较遗 传 力0.250.35育 种 体 系绝对相对绝对相对世代间隔近交增量AI育种方案50个女儿0.1331000.1661006.250.15成年型MOET N* H0.1180.158881190.1510.198911193.670.25青年型MOET N H0.1700.2251281690.2180.2821311701.831.19 * N每供体母牛8个后代，每公牛与配8头供体母牛 H每供体母牛16个后代，每公牛与配16头供体母牛 表13-3中设两

24、种不同遗传力的性状，例如泌乳量和日增重。在各类育种体系间的对比中，首先MOET育种体系的育种成效均优于实施后测的AI育种体系，最低也要高出20以上的育种进展。这主要是由于MOET育种体系大大地缩短了世代间隔。尽管青年型MOET育种体系的世代间隔更短，但由于其近交风险太大，人们往往更倾向于成年型MOET核心群育种体系。如果能定期导入一定数量的进口冷冻精液，将核心群开放或半开放，则不仅降低了近交风险，同时也可由此提高核心群内的遗传变异度。表13-3的结果还表明，MOET核心群育种体系效率的高低，关键在于每头供体牛所能产生的全同胞后代数量。也就是说，实施胚胎移植技术的水平，是直接关系到MOET育种体

25、系可能获得育种成效。因此，在MOET核心群育种体系的发展中，应尽快地应用一些新胚胎工程技术，诸如胚胎分割、胚胎性别鉴定、体外受精等技术，以便提高胚胎移植的效率。 在核心群内集中测定的是遗传力为中等的生产性状，而对低遗传力性状繁殖力和抗病力等，则仅靠核心群内的测定是不够的。为此有两种解决的途径: 其一，探索一些遗传力高、测定简单、与上述性状紧密相关的间接选择性状。其二，在核心群外建立一个一定规模的“测定群”，以求得到核心群中被测后备牛有较大规模的半同胞组，当半同胞组达200头以上时，低遗传力性状的选择是有效的。此外，从数量遗传学观点出发，核心群饲养管理条件应基本接近一般牛场水平，以避免由于基因型

26、与环境的互作效应所带来的偏差。四、 体外受精 到目前为止，体外受精主要在牛和羊的胚胎生产上得到部分的应用，因此也称之为胚胎的体外生产。它包含多个技术步骤：卵母细胞采集、卵母细胞在体外成熟、精液预处理、体外受精、胚胎体外培养和胚胎移植。迄今体外受精在各主要技术环节上的效率还不是很高，因此总体技术水平尚未达到应用的要求。但胚胎工程学家们正在探索着新的技术途径，如对供体母牛的活体取卵技术，对腔前期或小腔期卵细胞的体外培养等。尽管体外受精技术的全面应用尚需一段时间，但现在就可预测到它在家畜育种中乃至动物生产中有着广阔的应用前景:1、可大幅度地降低胚胎的生产成本，若再与超数排卵结合，可生产更多的可移植胚

27、胎。 2、使优秀母畜可生产更多的胚胎和后代，扩大其高产基因在群体中的影响，对特别优秀的母畜，在屠宰后其卵巢还可以通过体外受精继续在育种上加以利用。 3、在母畜更新率固定的育种方案中，通过体外受精生产胚胎，可降低种母畜的留种率，从而提高了母畜的选择强度，加快群体的遗传进展。4、在以应用同胞记录进行的公畜遗传评定中，例如在奶牛“MOET核心群育种方案”中，实施体外受精增加了同胞数量，由此也提高了种公牛选择的准确性。5、可以实施对一头母牛的卵母细胞用不同公畜的精液受精的方案，由此产生同龄母系半同胞组，这是十分难得的育种材料，利用同龄母系半同胞组的记录估计育种值，将提高估计的准确性。6、由于体外受精仅

28、消耗较少的精液，因此可以充分利用数量稀少而十分珍贵的种公畜的精液。7、应用体外受精技术可以打破常规的生产体系，建立新的动物生产模式。例如，将中低产奶牛作为受体，移植肉有品种胚胎来生产肉牛。8 作为其它胚胎工程的基础技术，如克隆和基因转移等技术均需要大量的胚胎，仅使用超数排卵获取的胚胎是满足不了需要的。五、性别控制与胚胎性别鉴定 无论是通过X、Y精子分离技术实现受精卵性别控制，还是通过胚胎性别诊断来确定胚胎的性别，都是为了达到人为控制畜群性比例的目的。因此该项技术在家畜育种中的意义是显而易见的：1、性别控制对于具有限性性状的畜种，诸如奶牛、蛋鸡、驯鹿等，可以实现获得较多能表现经济性状的母牛、母鸡

29、和雄鹿的愿望。而使性别影响生产性能的畜种，诸如猪、肉牛、马、肉鸡等能多生产雄性动物，从而提高了动物生产专门化程度和动物生产的效率。2、对于广泛应用人工授精技术的畜种，公畜需要量有限，则可通过性别控制增加母畜头数，从而提高母畜的选择强度，加快母畜的遗传进展。 3、在一个杂交育种方案中，还可根据需要在育种方案的不同阶段，灵活地应用性别控制技术。例如在肉牛杂交育种的开始阶段，通常需要更多的杂种母牛。而在横交固定阶段，则需要选育一定数量的公牛。到了肉牛生产群中，除了需要一定数量的母牛外，需要更多的公牛进行肥育。这些不同阶段的不同需要，都可以通过性别控制来实现。 4、经过性别鉴定的胚胎移植，可以广泛地实

30、施一头受体母牛移植两枚胚胎，从而提高繁殖率，因为经过性别鉴定就不会出现异性双胞胎不育现象。5、胚胎克隆技术实施前，首先需要进行性别鉴定。六、 克隆技术 克隆(clone)是指用胚胎或机体的某一部分的细胞来完成衍繁后代的过程，因此属无性繁殖范畴。由克隆得到的个体在遗传上是同质的（不考虑细胞质遗传）或基本同质的（考虑细胞质遗传），因此克隆技术只能实现基因型的复制，而并不能使一个群体的基因库得到进一步创新和扩充。克隆技术对于家畜育种工作乃至动物生产均具有重要意义。对于家畜来说，克隆可通过胚胎分割、卵母细胞中卵裂球细胞核的移植以及体细胞的核移植来实现的。以下分别介绍上述三个途径实现的克隆在家畜育种以及

31、在其它领域中应用的意义。 1、胚胎分割胚胎分割技术现已日臻成熟，并在牛和羊的胚胎移植中得到应用，它的意义主要体现在以下几个方面： (1) 在常规的胚胎移植中使用胚胎分割，可生产更多的可用胚胎，提高胚胎移植的效率。按照当前的技术水平，如果每次超排获得可用胚胎6枚，按常规胚胎移植最多可获3-4头后代，但经过一次胚胎分割后再移植，则可获6-7头后代，显然对MOET核心群育种体系是十分有利的。 (2) 由分割胚胎产生的双胞胎均是同性别的，可确保不会出现不育现象，因此可以节省部分受体牛。 (3) 由于分割后的胚胎是遗传同质的，因此是遗传学研究工作难得的试验材料。可以用来更准确地估计遗传参数，还可以用来准

32、确地估计一些重要的遗传效应。例如经分割的“两分胚”分别移植到不同的母牛体内妊娠，用来分析母体效应对性状表现的作用。(4) 利用同卵双生子的信息进行育种值估计，可提高其估计的准确性。(5) 应用同卵双生子可以实现一些按常规方法难于实现的生产性能测定，例如对肉用种公牛产肉性能的测定，按常规测定方法方法只能进行活体估测，其准确性较差。而通过胚胎分割有了遗传同质的同卵双生子，可将其中一头肥育后进行屠宰测定，其测定结果，可准确地反映了另一头在产肉性能上的种用价值。 2、胚胎细胞克隆按照技术要点，胚胎克隆是将一个处于8至32细胞阶段胚胎的卵裂细胞核，移植到事先去掉细胞核的卵母细胞中，经过电融合、体外或体内

33、培养，使其发育成一个新的胚胎。如果将一个供体胚胎的卵裂细胞逐一地完成上述核移植过程，则可得到一定数量的胚胎克隆，将这些克隆经过培养，发育到桑椹期或囊胚期的胚胎移植到受体牛体内，则可望获得一组遗传同质的个体。当然原则上对这些胚胎还可进行再克隆，也就是利用通过克隆产生的桑椹胚来获得卵裂细胞，再进行一次新的克隆，将获得规模更大的遗传同质动物组。尽管胚胎克隆还有许多技术问题有待研究，但可预期在5至10年后，这一技术将达到应用水平。与胚胎干细胞培养、体外受精和胚胎冷冻保存等技术结合，胚胎克隆技术可为家畜育种带来很多应用的可能性，其应用的潜在领域有： (1) 与胚胎分割相比，胚胎克隆可以获得更多的胚胎，进

34、一步提高胚胎移植和MOET核心群育种体系的效率。从理论上讲，一个32细胞期的供体胚胎经过两次克隆，可以生产1024个胚胎，其优越性不言而喻。即使按照当前尚未完全成熟的技术水平，一次获得6枚可用胚胎的超排处理，通过胚胎克隆后再移植，至少也可获得10-11个后代，与常规的胚胎移植相比，其生物学意义和经济效益已是十分可观的了。 (2) 由于通过胚胎克隆可以获得数量很大的遗传同质的同卵多胎个体，因此其对遗传育种学研究与实践的意义，即遗传参数的估计、育种值的估计、重要遗传效应的研究等，将远大于胚胎分割所带来的效应。 (3) 通过胚胎克隆技术的实施，可以在MOET核心群育种体系中，迅速地建立多个具有特定基

35、因组合的纯系，用于品系杂交育种。 (4) 将具有优良特性的胚胎克隆家畜迅速地推广到生产中去，从而提高动物生产的总体水平。其技术路线大体是，首先将来自同一供体的大部分克隆胚胎低温冷冻保存起来，仅将其中几个胚胎移植到受体母畜，以期获得克隆动物后代。然后对这些克隆后代进行严格的性能测定，当经验证这些胚胎克隆个体确实表现出良好的生产性能时，再将其它的同源冷冻胚胎推广到生产群中。 3、体细胞克隆 体细胞克隆的技术程序与胚胎细胞克隆基本相同，差别主要在于其核移植的供体不是胚胎卵裂细胞，而是体细胞。体细胞克隆的技术难度远大于胚胎克隆。尽管迄今这项技术获得成功的报道寥寥无几，而且达到应用水平的时间尚难预测，但

36、是动物遗传育种学家们仍十分关注这项技术的进展，并在潜心研究它对未来的家畜遗传育种的发展所产生的效应。由于通过体细胞克隆可以生产已知基因型的复制品，而且核移植所需的细胞核来源不受限制，可来自机体的各个组织。因此，对于动物遗传学研究和家畜育种实践而言，体细胞克隆要比胚胎细胞克隆更具重要意义。目前至少可归纳为以下几个潜在的应用方面： (1) 通过体细胞克隆，并结合其他胚胎生物工程技术，可以建立最佳遗传资源保护模式。首先，对于那些由于种种繁殖障碍导致濒危的物种，通过体细胞克隆实现繁殖与扩群，是保持物种生存的最佳的手段。其次，对于家畜优良品种资源的保存来说，通过体细胞克隆生产胚胎并进行冷冻保存也是最佳保

37、种方案。因为迄今所采用的保种方案均存在着缺点，“小群活体保种”方案既耗费大量的资金，又极易在保种过程中发生基因漂变；“精液冷冻保存”方案仅能保存优良基因型的一半，因而也就很难保存品种资源全部的优良特性；“胚胎冷冻保存”方案虽然保存的是基因型，但都是未经验证的未知基因型，为了尽量不丢失重要生物学特性，只好尽可能扩大保存胚胎的数量。而通过体细胞克隆进行保种，是先对现存种群的遗传结构和性能表现进行科学分析后，仅对其中最具代表性的典型个体进行克隆和保存，因此这种保种方案最为可靠、灵活、经济。再次，对于正在使用的家畜优秀品种来说，畜群中经常会出现一些出类拔萃的个体，即优秀的基因型。按照常规的育种工作程序

38、，一经确认优秀基因型，即刻采取有力的措施，使其得到充分利用。但在利用的过程中，这些基因型将分离、减半并逐渐消失，然后再去通过各种育种方法寻找或创造新的优秀基因型。如果能将来自不同世代优秀个体的基因型，通过体细胞克隆以冷冻胚胎的方式保存起来，建立一个名副其实的“基因型库”。这样既便于创造新的优秀基因型，又可以保护优良品种的遗传多样性。 (2) 体细胞克隆技术对动物生产也是有特殊意义，一方面通过体细胞克隆，最大限度地增加高产优秀个体在生产群中“复制品”的数量，提高畜群的总体生产水平。另一方面通过体细胞克隆建立的遗传同质群体，对饲养管理条件要求一致，便于标准化生产，充分发挥其遗传潜力。根据遗传学理论

39、，在家畜生产性状表达过程中，或多或少地受到基因型与环境互作效应的影响，使其遗传潜力不能完全表达。当前的工厂化饲养方式，虽然尽量创造了一个理想、一致的饲养管理条件，但由于家畜个体基因型不一致，总是有部分个体因基因型与环境的互作效应，而影响正常性能的发挥。因此，即使通过对一般个体的体细胞克隆，建立一个遗传同质的畜群，也可以提高10-15%的生产效率。 (3) 通过体细胞克隆获得的遗传同质动物，是比胚胎克隆更好的遗传学研究材料。除了可以用于准确估计群体遗传参数、预测个体育种值和研究一些重要的遗传效应以外，还可用于估测群体的遗传进展。目前都是采用数量遗传学方法推测群体的遗传进展，但其结果与实际实现值符

40、合程度较差。如果按照应用体细胞克隆的试验设计，将一组体细胞克隆生产的胚胎分为部分，其中一部分先冷冻保存待用，另一部分胚胎直接移植到受体，并对获得的克隆动物按照特定的育种方案进行几个世代的选育，然后再将冷冻保存的胚胎取出并进行移植，由此获得的动物与经过几世代选育后的后代同时饲养在同一环境条件下。由于两组动物的初始遗传基础是相同的，只是实施的育种措施不同，因此通过两组动物在各生产性状上的差异，就可精确地计算出该群体的遗传进展。(4) 通过体细胞克隆生产的遗传同质动物，是其它学科领域，诸如动物营养学、基础医学、药物学等，最好的试验材料。(5) 体细胞克隆技术也为发展其它生物技术提供了最佳手段，例如在

41、转基因动物研究中遇到的难题之一就是繁殖接代问题，转基因动物常出现不育，也常在世代衍繁过程中将转移进去的基因丢失。而体细胞克隆是无性繁殖过程，它可以避免有性繁殖中，在转基因动物在配子形成与异性配子结合时可能出现的错误。七、转基因动物 转基因动物是指将体外重组DNA移植到胚胎细胞中，发育成动物个体，并以可遗传的方式载有被转移的基因。生产转基因动物的目的是，通过基因转移使受体的生理特征受到影响或产生新的功能。当移植的重组DNA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。由于转基因动物具有新的生物学功能，因此始终是人们最为关注的生

42、物技术，并对其应用前景给予了很高的热望。但是近十几年来的研究实践表明，转基因动物的利用需要特定的条件。被转移的基因一般仅在一条染色体位点上稳定地整合，即对双倍体个体来说，在一个位点的两个等位基因中只有一个是转入的基因，故称此类动物为半合子转基因动物。只有将两个半合子动物成功地交配，才有可能得到纯合子转基因动物。而且还要考虑到，在将一个外源基因整合到一个位点时，如果这个位点本身是对于胚胎发育或机体功能十分重要的，由于外源基因的介入，转基因动物将部分或全部失去原来的功能，于是或得不到纯合子转基因动物，或得到的是有遗传缺陷的纯合子。此外，由于外源基因导入，还可能使基因组的其它位置上引起突变，甚至带来

43、有害的功能。根据遗传学原理，可用于育种的动物至少应是F3代的检测后的转基因动物，这对于猪来说，大约要10年的时间。除了需要较长的试验周期外，转基因整合和表达本来效率就很低，而且转基因动物的遗传很不稳定，因此，转基因动物的研制，仍需进行大量的基础性研究，并发展一些新的技术。转基因动物所载有的转基因一般应具有重要的经济意义。例如通常将可用于制药的蛋白质编码基因移植到羊或牛中，以期获得能在乳腺高效表达的“生物反应器”，再通过快速繁殖，得到足够数量的动物，用它们大量生产人们期望的高价值生物制品。通过生物反应器生产的大多是需要量较少的药物产品，因此只需要少量的转基因个体就足够了。但如果为了获得一个新品种

44、或品系的话，例如生长速度高的“超级猪”品系，或能生产“人体化奶”的奶牛品系，则需要很多的功能稳定并能正常繁殖和遗传的转基因动物。转基因动物的出现打破了进化论、遗传学和育种学的现有理论体系，是对生物学科的重大突破。但其昂贵的研究成本，和迄今为止极低的成功率，使许多国家降低了对其支持的强度。特别是目前世界各国对动物育种产品均没有、也很难有专利保护措施，所以许多国家的学者认为，发展昂贵的转基因动物品系或品种是不值得的。尽管如此，我们还是有必要列举一些例证，用来说明转基因技术在改变动物的性状或产生新的性状，从而提高转基因品系的价值，以及提高畜产品的数量和质量方面的意义： 1、转基因动物可大大改进生长速

45、度、饲料报酬、产奶量等生产性能。 例如通过移植生长激素基因或生长激素释放因子基因，可使猪、兔和绵羊的生长速度得到提高。 2、通过转基因可实现抗病育种。例如外源Mx-基因在猪体内的表达，可增强猪的抗流感病毒能力。导入乳铁蛋白基因的转基因奶牛，具有很强的乳房炎抗病力。 3、通过转基因可使动物产生新的代谢途径，从而提高其生产性能。例如具有外源半胱胺酸生物合成基因的转基因羊，其生长速度得到大幅度提高。 4、通过转基因还可改进动物产品的质量。例如-乳球蛋白在奶牛和奶山羊中的表达，可改变乳蛋白的构成，从而提高奶的质量和价值。再如一种调控蛋白结构基因的导入，可以改变羊或蚕支持蛋白的合成，进而改变羊毛或丝的成

46、份，提高其质量。 5、通过转基因技术，可使奶牛或奶山羊获得在乳腺中生产对合成药物有重要意义的肽和蛋白质的新功能，即乳腺生物反应器。目前研制生物反应器的主要目的基因有：人类凝血因子、抗胰蛋白酶、胰岛素、人体白蛋白、干扰素等等。 6、通过转基因可建立毒理试验的动物模型。如生产对致癌物质、诱变剂和毒物敏感的转基因动物，从而有助于对环境中的危险因素的认识。 7、转基因动物在人类医学研究中也有广阔的应用领域。例如通过研究制备用于人类脏器移植的转基因猪。通过转基因还可为胃肠癌的研究和治疗提供动物模型系统。在阐述转基因动物应用的意义时，我们必须负责任地指出，转基因动物可能带来的负面效应。最主要的危险来自于，

47、由于外源基因整合、运用载体DNA和转基因表达所带来的副作用。这些副作用包括诱发基因组多个位置上的突变，转基因整合后造成某些染色体基因的失活、致癌基因的激活例如在应用反转录病毒作载体时以及转基因的非生理性表达等。尤其值得注意的是，在转基因动物体内的激素超常分泌作用，例如人类的生长激素基因在鼠中的表达，可引起鼠的生长速度提高，乳腺发育提前，母鼠繁殖力降低甚至不育等副效应。第三节分子遗传标记在家畜育种中的应用近20年来，尤其是近10年来，分子遗传学和分子生物技术有了突飞猛进的发展，主要表现在1）大量DNA水平上的分子遗传标记及其检测技术，2）DNA序列测定技术，3）转基因技术，4）核移植（体细胞克隆

48、）技术。这种发展正在或将要对家畜育种产生巨大影响，尤其是大量的分子标记，为我们研究动物的基因组提供了非常好的信息，这些信息可用于- QTL的检测- 标记辅助选择- 标记辅助基因导入- 标记辅助杂种优势利用- 标记辅助遗传资源保存- 研究品种起源与发展- 亲子鉴定- ¼¼¼其中的前两项，即QTL检测和标记辅助选择是目前在家畜育种中研究得最多的内容，也是在近期内最可能在家畜育种中得到广泛应用的研究项目，下面将对这两方面的研究作一简要概述，在此之前先简要介绍分子遗传标记的基本知识。一、分子遗传标记及其连锁图谱1分子遗传标记遗传标记（以下简称标记）是指那些可准确鉴别的能反

49、映个体特异性的遗传特征。理想的标记应具备以下条件：1） 高度多态，多态是指标记在群体中有多种基因型存在，多态程度越高，个体之间在标记上就越能表现出差异，所提供的信息也就越多。2） 数量多，而且均匀地覆盖整个基因组。3） 对它的测定不受年龄、性别、环境等因素的限制。4）共显性，能够准确判别所有可能的基因型。传统的标记主要有形态学标记、细胞学标记和生化（蛋白）标记。形态学标记主要指一些具有鲜明外部特征的质量性状，并可通过表型来推断其基因型，如毛色、有无犄角等；细胞学标记是指染色体形态、数目和结构的变异，用具有异常染色体的个体与具有正常染色体的个体杂交或用染色体替换等手段，可对一些基因进行定位；生化

50、标记是在血液或乳中的蛋白质（包括酶）的多态性，这种多态性可通过免疫反应或电泳技术反映出来，并由此判定其基因型，如血型抗原、血液蛋白、乳蛋白、同工酶等。这些传统标记的主要缺陷是多态性和数量都很有限（虽然生化标记要比前两种标记强得多）。当我们比较同一物种的两个个体的染色体上的碱基序列时，可发现它们的大多数的碱基对是相同的，据估计，在人类大约平均每1000个碱基对才有1个会出现差异，但没有两个个体的碱基序列是完全相同的，在某些位点（site）上，不同个体之间的DNA序列会出现差异，这些位点就可用作遗传标记，称为分子标记，或DNA标记。当这种DNA差异出现在一个基因之内，并且会影响该基因的功能，进而影

51、响性状的表型时，称这类标记为I型标记，但大部分分子标记都与基因功能无关，称为II类标记。目前已发现的主要的分子标记类型有：RFLP：限制性酶切片段长度多态性，是指用限制性内切酶酶切不同个体的基因组DNA后，所得的含有同源序列的酶切片段在长度上所存在的差异。差异的产生是由于DNA序列中个别碱基的变异而造成某个限制性内切酶酶切位点的产生或丢失。这是最早开发的DNA标记，但它只有两个等位基因（即酶切位点的有或无），多态性不是很高，而且测定的方法比较复杂，成本较高，近年来已较少使用。AFLP：扩增片段长度多态性（amplified fragment length polymorphism），是指通过特

52、定引物和DNA多聚酶链式反应（polymerase chain reaction, PCR）复制并扩增不同个体基因组DNA模板后，所得扩增片段在长度上的差异。造成这种差异的原因是，由于不同个体的DNA序列存在差异，在复制特定的DNA序列时所需的引物也可能不相同，同一引物可诱导某一个体的DNA片段得以复制，而在另一个体中就可能不能诱导。测定AFLP标记的方法较RFLP简单，但需要设计和合成特定的引物。AFLP标记可能是共显性的，也可能是显性的（即不能区分纯合子和杂合子）。RAPD：随机扩增多态性DNA（randomly amplified polymorphic DNA），这也是基于PCR技术的

53、分子标记，与AFLP不同的之处在于用于扩增多态性DNA的引物不是特定的而是随机的，它是用随机序列组成的寡核苷酸作为引物，通过专门的PCR反应扩增所获得的长度不同的多态性DNA片段。由于不需特定引物，测定RAPD标记比AFLP更简单，其缺陷是受测定条件的影响较大，重复性差，而且绝大部分RAPD标记都是显性标记。VNTR: 可变数目串状重复（variable number tandem repeat），在真核生物的基因组中，存在许多串状重复序列，例如CACACA¼¼或GTGTGT¼¼。由于重复单位的重复次数在个体间有很大差异，因而可作为一种遗传标记，而不同的

54、重复次数就构成了不同的等位基因。在这种重复序列中所包含的重复单位可大可小，按重复单位的大小，可分为微卫星标记（microsatelite）和小卫星标记（minisatelite），微卫星标记的重复单位只有1-6个碱基对，故也称为简单序列重复（simple sequence repeat, SSR），小卫星标记的重复单位有6个以上的碱基对。对微卫星DNA的多态可根据其两端的序列设计特异的引物，再通过PCR扩增来加已鉴别。对小卫星DNA的多态性鉴别可用重复单位的同源序列作为特异性探针进行RFLP分析。SNPs：单核苷酸多态（single nucleotide polymorphisms），这是指在

55、单个核甘酸上的突变所引起的多态，它也只有两个等位基因，虽然在单个SNP上的多态性不高，但在基因组中SNP的数量很大，例如在人类，每个核甘酸发生突变的概率为10-6左右，人类基因组大约含有30亿个碱基，因而平均每1000个碱基就会有一个以上的SNP标记。测定SNP的方法有多种，但最近发展起来的DNA芯片技术可用于快速大规模的SNP测定。2连锁图谱 两个位于同一染色体上的基因座位称为彼此连锁，将彼此连锁的基因按其排列顺序以及相互间的遗传距离线性排列，即为基因的连锁图谱（linkage map）或遗传图谱（genetic map）。基因之间的遗传距离是以它们在配子形成过程中发生重组的概率，即重组率来

56、度量的。发生重组的原因是在减数分裂中同源染色单体发生互换（crossover），两个基因座位的距离越大，重组的概率就越大，重组率的取值在0到0.5之间，0表示基因之间安全连锁，它们在配子形成过程中不发生重组，0.5表示基因之间不连锁，它们在配子形成过程中完全自由组合。除了重组率外，基因间的遗传距离还可用图距（map distance）度量，图距的单位是摩根（Morgan或M）或厘摩（centi-Morgan或cM），当两个座位之间的距离达到了可期望在一次减数分裂中它们之间发生1次染色单体互换时，称它们之间的距离是1M，1M的1/100为1cM（即在100次减数分裂中可期望发生1次染色单体互换）

57、。图距与重组率之间的有一定的函数关系，这种函数称为图距函数（map function）。有多种图距函数，其中最常用的是Haldane 图距函数和Kosambi图距函数，Haldane 图距函数假定不同座位之间的交换是彼此独立的（无干扰），其函数式为其中r为重组率，x为以M为单位的图距，其反函数为当有3个基因座位（A¾B¾C）时，它们之间重组率的关系为Kosambi图距函数考虑了不同座位之间的交换存在干扰的情况，其函数式为其反函数为当有3个基因座位（A¾B¾C）时，要注意的是，无论是Haldane图距函数还是Kosambi图距函数，重组率是不可加的，但图距是可加的，即 基因之间的距离除了有遗传距离外还有物理距离，它是指基因之间的实际距离，可用它们之间的碱基对（base pair, bp）数或千碱基对（kino-base pairs, kb）数来度量，遗传距离与物理距离之间并无严格的关系，在人类基因组中，1cM的遗传距离大约相当于10002000kb的物理距离。 一个亲本传递给后代的不同基因座位上的等位基因的组合（即配