动物分子育种研究进展课件

1、(最新整理)动物分子育种研究进展12021/7/26 动物分子育种研究进展汇报人：目录CONTENTS壹育种基本概念贰分子遗传标记叁国内外研究进展壹通过创造遗传变异、改良遗传特性，以培育优良动植物新品种的技术。一种从遗传上逐代改进家畜群体重要性状从而提高经济效益的技术和方法。依据分子遗传学和分子数量遗传学原理， 在 DNA 水平上利用分子标记对生物群体进行遗传改良。指可追踪染色体、染色体某一节段或某个基因座在家系中传递的任何一种遗传特性，是表示遗传多样性的手段。育种基本概念壹育种家畜育种分子育种遗传标记DNA RNA Protein Phenotype育种工作的关键：如何提高选择效率 传统育种

2、一般是首先通过各种途径创造遗传变异，然后从分离群体的后代中进行优化选择和评价，这种选择是建立在表型基础之上的，这就要求育种家必须具有丰富的实践经验。 育种基本概念壹古代育种 近代育种 现代育种123分子技术育种表型和表型值选种技术育种DNA重组技术育种转基因育种基因组育种育种基本概念壹动物转基因技术2006年4月美国密苏里-哥伦比亚大学的赖良学等获得了转线虫fat-1基因(-3去饱和酶基因)的体细胞克隆猪，其体内表达的外源基因可以将猪体内的-6系饱和脂肪酸转化为-3系不饱和脂肪酸，提高了-3系脂肪酸含量，降低-6/-3的比例，显著提高了猪肉的营养价值。 Lai L,Nat Biotechnol

3、,2006.将外源基因整合到动物受体体细胞基因组上，并在受体动物体内稳定表达出相应的生物学表型的一种技术，其包括转基因重组子构建技术、重组子导入动物体内的转化技术、转基因在受体动物染色体上稳定整合及可控性表达技术等。育种基本概念壹2000年12月中国农业大学成功获得了我国首例转有人1-抗胰蛋白酶基因的转基因羊。 非常规性转基因育种是将人类药用蛋白基因或工业用酶基因导入畜禽基因组，使畜禽生产非常规性畜牧产品的技术。其将畜禽变为高效生产药用蛋白或工业用酶的化工厂，因此可称为动物生物反应器。育种基本概念壹非常规性转基因育种是分子育种在高通量测序时代的产物，即利用高通量测序技术对群体进行研究、定位到控

4、制某个目标性状的基因，然后通过序列辅助筛选或者转基因的方法来选育新的品种。育种基本概念壹基因组育种基因组育种是通过DNA标记技术来对某些重要生产性状基因座位直接进行选择改良, 也可以同时考虑到多个生产性状座位, 甚至是动物个体的整个基因组，因此也可称为基因组扫描选择。贰动物分子育种研究的内容重点是主效数量性状基因座（Quantitative Trait Loci，QTL）育种， 即定位动物数量性状位点中主效基因并直接进行改良或发现与之相连锁的DNA标记进行标记辅助选择（Marker Assisted Selection，MAS）育种 。分子遗传标记贰指在一个群体内的各个体间表现为连续变异的性状

5、，如动植物的高度或长度等。数量性状较易受环境的影响。数量性状在生物全部性状中占有很大的比重，一些极为重要的经济性状（如作物产量、生育期、籽粒重、乳牛泌乳量、羊毛长度等）都是数量性状。分子遗传标记贰主效 QTL 育种除具有常规育种技术的优点 （能有效利用具有加性效应的基因座）外，还能利用具有互作效应和上位效应的基因座来改良动物重要生产性状。从理论上讲，任何一个可观察的 QTL 在连锁图谱中都可找到一个与之连锁的DNA 标记。主效 QTL 育种分子遗传标记贰MAS 是指由于某些容易识别的 DNA 标记与某一数量性状基因座存在相关性或连锁关系，通过判断标记的基因型对种畜进行选择的方法，对数量性状进行

6、直接选择或与之相锁的 DNA 进行标记辅助选择来改良动物生产性状，从而提高动物生产效率和经济效益。可做出早期选种， 减少了繁琐的性能测定；缩短世代间隔，提高选择的准确性、降低育种成本，加快遗传进展， 特别对于遗传力低的性状、晚期表现性状，以及活体难于度量的性状更具有价值。MAS 育种分子遗传标记贰遗传标记：可以稳定遗传的，易于识别的特殊的遗传多态性形式。在经典遗传学中，遗传多态性是指等位基因的变（差）异；在现代遗传学中，遗传多态性是指基因组中任何座位上的相对差异或者是DNA序列的差异。分子遗传标记贰分子遗传标记贰同一物种的两个个体存在DNA序列差异的位点，这些位点用遗传标记就称为分子遗传标记或

7、DNA标记。分子遗传标记是以分子遗传学和分子数量遗传学为理论，利用分子生物学技术来改良畜禽品种的一种方法。RFLP、SSR、ISSR、RAPD、AFLP和SNP等。分子遗传标记 分子遗传标记贰 特点直接以DNA的形式表现，表现稳定。数量多（理论上遍及整个基因组）多态性高表现为中性，不影响目标性状的表达；许多标记表现为共显性的特点，能区别纯合体和杂合体。成本不太高分子遗传标记贰显性标记(dominant markers)：指F1的多态性片段与其亲本之一完全相同。如RAPD、AFLP、ISSR等。共显性标记(co-dominant markers)：指双亲的两个以上分子量不同的多态性片段均在F1中

8、表现。如RFLP、SSR、SCAR等。 AA BB AB共显性标记，2倍体10 01 11 显性标记分子遗传标记贰分子标记以分子杂交为基础的DNA标记技术（RFLP标记）以PCR技术为核心的DNA标记技术 （RAPD标记、SSR标记、SSLP标记、SCAR标记 、AFLP标记、STS标记 ）以测序为基础的新型的分子标记（SNP标记、EST标记 ） 标记名称RFLPRAPDAFLPSSRISSRSCARSTSCAPs主要原理限制酶切Southern杂交随机PCR扩增限制性酶切结合PCR扩增PCR扩增随机PCR扩增特异PCR扩增特异PCR扩增PCR扩增产物限制性酶切多态性水平中等较高非常高高高中等

9、检测基因组区域单/低拷贝区整个基因组整个基因组重复序列重复序列间隔的单拷贝区整个基因组单拷贝区整个基因组可靠性高中高高高高高高遗传特性共显性显性/共显性共显性/显性共显性显性/共显性共显性显性/共显性共显性DNA质量要求高，5-30g中，10-100ng很高， 50-100ng中， 10-100ng中， 2-50ng中， 5-10ng高， 50-100ng实验周期长短较长短短短短短开发成本高低高高低高高高叁OfficePLUS全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)是在关联分析的基础上对全基因组范围内的遗传标记进行检测、以研究复杂疾病和性状遗传

10、的一种有效方法。随着高通量测序技术的发展以及猪、牛等主要畜禽高密度芯片的推出，为畜禽基因组育种提供了便利条件。通过 GWAS 在基因组范围内筛选与目标性状相关联的变异位点成为可能。育种工作者通过GWAS 研究鉴定了大量与畜禽经济性状相关联的候选 SNP 位点和基因。国内外研究进展叁200920112012Liu 等（2011）利用 Chicken60K 芯片进行产蛋及蛋品质性状 GWAS，在白来杭(White leg-horn)和矮小型褐壳蛋鸡(Brown-egg dwarf layers)群体中得到8个全基因组水平显著相关的SNP位点。 Liu W B, et al., PLoS One,2

11、011. Luo 等(2012)利用SNP60芯片对大约克夏(Large white)和民猪(Minzhu)杂交F2群体肌内脂肪、大理石纹和肉色等 7 项肉质相关指标进行 GWAS，得到 45 个显著的 SNP，仅在 12 号染色体上就有 36个 显 著 的 SNP 位 点 。 Luo W Z, et al., International Journal of Biological Sciences,2012.Settles 等 （2009）针 对 牛 副 结 核 病 ，利 用 SNP50芯片分别在4和9号染色体上发现了与副结核感染高度关联的2个区域。 Settles M, et al., A

12、nimal Genetics,2009.国内外研究进展叁Reported 196 SNPs in Canadian Holstein bulls with significant associations with traits dscribing the size and shape of cows. Kolbehdari, D. et al. Dairy Sci.,2008.国内外研究进展叁Michael E. Goddard,Nature reviews genetics, 2009.Mapping genes for complex traits in domestic animals

13、 and their use in breeding programmes国内外研究进展叁2013 年，由华南农业大学和广东温氏食品集团组建的国家生猪种业工程技术研究中心完成的我国首例采用全基因组选择技术选育出的杜洛克特级种公猪，实现了对候选个体从表型选择到基因选择的突破，解决了动物个体肉质和抗性等性状难以选育的技术障碍，降低了早期选择的成本。中国农业大学承担研发的中国奶牛基因组选择技术体系建立表明，我国奶牛育种已步入全基因组选择时代，建立起规模在 5 000 头以上的中国自主的参考群体，提高了公牛选择的准确性，大幅度缩短了公牛的世代间隔，加快了群体遗传进展。西北农林科技大学张涌教授团队通过基

14、因定点整合和精确编辑技术与体细胞高效克隆技术有效结合。首次研制出人-防御素3基因定点插入抗乳腺炎奶牛、溶葡萄球菌素基因打靶抗乳腺炎奶牛 Liu X et al., Nature Communications, 2013.人溶菌酶基因打靶抗乳腺炎奶牛 Liu X et al., Proceedings Biological Sciences, 2014.Ipr1 基因定点敲入抗结核克隆奶牛 Wu H et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2015.人-防御素 3 基因定点插入抗结核奶牛5个抗病育种材料和人血清白蛋白基因定点插入奶牛、人乳铁蛋白定点敲入奶山羊(Capra hircus)2 种乳腺生物反应器育种材料Cui C et al., Scientific Report