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家畜育种规划论文

家畜育种规划论文


家畜育种学作业

班 姓 学

级:动科 09 民班 名:阿布都热合曼·吐迪 阿布都热合曼· 号:2008133957

指导老师: 指导老师:李 谨

分子遗传学在动物育种中的应用与前景
阿布都热合曼·吐迪 石河子大学动物科技学院 石河子 2008133957

摘 要:分子遗传学是微生物学、遗传学、化学、物理等学科相互交叉、相互渗透的学科。它是依据物
理、化学的原理来解释遗传现象,并在分子水平上研究遗传机制及遗传物质对代谢过程的调控。实质上, 分子遗传学所研究的是基因的本质及其功能和变化。本文综述了转基因技术、遗传标记、基因图谱的构建、 基因图谱与 QTL 定位及动物基因组分析等在动物育种中的应用,并对其前景进行了展望。

关键词: 关键词 分子遗传学;生物技术;遗传标记;基因图谱
分于遗传学是分子生物学的一个重要分支,传统的观念把分子遗传学理解为:“DNA 与 RNA 的复制与转录以及 RNA 的翻译”(Stenesh J,1989),也就是中心法则的全过程。 分子遗传学的研究范畴要比中心法则广泛得多, 它首先是遗传学, 其坚实的理论基础仍然是 摩尔根(rir "cram)的《基因论》(摩尔根 T.H 1959)。中心法则只是对基因、性状及 突变在核酸分子水平上的解释。 但是从中心法则到性状的形成, 仍然是一个复杂的甚至未知 的遗传、变异与发育的生物学过程。因此,分子遗传学是在生命信息大分子的结构、功能及 相互关系的基础上来研究遗传与变异的科学。

分子遗传学与经典遗传学是一脉相承的,早在 1900 年孟德尔定律重新发现后不久,遗 传学(Genetics)和基因(Gene。)两个新名词应运而生,从此遗传学和基因结下了不解之 缘,遗传学的研究几乎完全是围绕着基因的传递、化学本质及其表达而展开的。DNA 双螺旋 结构的发现, 中心法则的建立为从本质上解释生命现象奠定了基础。 乳糖操纵子模型的提出, 从理论上解决了基因表达调控的难题。1993 年 DNA 离体重组技术的突破使分子遗传学的研 究发展到了一个崭新时期。 如今分子遗传学的发展已进入基因组学时代, 所产生的大量分子 生物学信息(其中包括 DNA 分子标记、QTL、候选基因等)需要用数理统计方法加以分析和 利用。分子遗传学的产生,标志着分子生物学已逐步地成熟为一门科学。

在我国动物分子遗传研究虽起步较晚, 但发展十分迅速, 是近年来动物科学领域中最为 活跃和最有活力的生长点。 利用动物分子生物学的新技术可以揭示与细胞生长。 分裂、 代谢、 分化和发育等复杂过程中起关键作用的分子操作方法, 能够观察活体系统在结合了这些经过 改变的分子后所发生的变化。生物技术产业将成为 21 世纪的支柱产业之一,社会经济的进 步程度有赖于该领域的研究进展。

转基因技术的应用 1 转基因技术的应用

转基因技术是上世纪 80 年代初发展起来的,从这项技术产生的那天起,它就在改良畜 禽生产性状、 提高畜禽抗病力以及利用畜禽生产非常规畜牧产品等方面显示了广阔的应用前 景(Purse 等,1989)。到目前为止,动物育种的方法都是建立在利用种内变异基础上的, 此其变异来源就很有限。 转基因技术的应用打破了种间生殖隔离的天然屏障, 使有种工作可 以充分利用所有可能的遗传变异,从而极大地提高畜禽遗传改良的幅度。转基因技术是、细 胞工程和胚胎工程的基础上发展起来的, 利用转基因技术, 近几年先后成功地培育出转基因 猪、羊、牛、鸡、兔、鱼、鼠等多种转基因动物,在猪上,美国伊利诺斯大学研究出一种带 牛生长激素的转基因猪,这种猪生长快、体大、饲料利用率高,将来可给养猪业带来丰厚的 经济效益。 人们已把人的血红蛋白基因转入猪获得成功, 所得到的转基因猪在血液中表达了 人的血红蛋白。经检测发现,它与天然的人的血红蛋白性质完全相同,由此可见,在不远的 将来, 人们就可以用转基因动物生产血红蛋白来辅助输血。 目前转基因的主要途径是改变乳 的成分, 提高产乳量和生长速度, 由于家畜许多性状, 如生长速度, 产奶量等都受激素调节。 所以,很多转基因动物转的是能提高激素水平的基因,由于人类医学的需要,转入人类蛋白 的基因,生产药用蛋白也是转基因动物研究的一个重要方面。Damask 等将小鼠超高硫角蛋 白启动子与绵羊的 IGF-IC13AJA 融合基因显微注入绵羊原核期胚胎,得到的转基因公羊, 后代中转基因羔羊在 4 月龄剪毛时,转基因羊净毛平均产量比其半同胞非转基因羊提高了 6.2,公羔羊产毛量提高的幅度高于母羔羊。在毛纤维直径、筋质以及周岁体重方面无显著 差异。 Bullock.w(1995)生产的转类胰岛素 IGF-I 的基因羊的羊毛产量得到了提高。 此外, Powell 等将毛角蛋白Ⅱ型中间细丝基因导入绵羊基因组,转基因羊毛光泽亮丽,羊毛中羊 毛胀的含量得到明显的提高。从以上的研究进展可见,转基因动物育种技术的进步,不仅可 提高畜牧业的生产效率, 还可扩展家畜新的用途, 为畜牧业持续。 高效的发展提供技术支持。

2 遗传标记在动物遗传育种中的应用
中国的家养动物多样性资源,是几千年来得天独厚的自然生态环境所赋予和先辈们留 下来的宝贵资源,其中一些品种对世界动物农业生产做出过重大贡献。目前,许多土著家动 物仍是我国动物农业生产的主要资源,但由于从上世纪 50 年代引入外种改良土著家养动物 良种,导致少数品种频危和灭绝。挽救家养动物多样性,研究家养动物多样性,合理、持续 利用家养动物多样性,已经刻不容缓。

选择恰当的遗传标记方法对家养动物的遗传多样性作出正确评价, 是科学有效地保存和 利用家养动物多样性的前提和基础。 检测遗传多样性的方法随生物学、 尤其是遗传学和分子 生物学的发展而不断提高和完善,从形态水平、细胞(染色体)水平、生理生化水平逐渐发 展到分子水平,然而,不管研究是在什么层次上进行,其宗旨都在于揭示遗传物质的变异, 目前,任何检测遗传多样性的方法,或在理论上或在实际研究中都有各自的优点和局限,还 找不到一种能完全取代其它方法的技术, 各种标记技术都能提供有价值的资料, 都有助于我 们认识遗传多样性及其生物学意义(葛颂、洪德元、1994)。

遗传标记是随机选取的能代表生物体遗传组成,且具有足够变异类型的标记组合门 1994),它能反映不同群体或不同个体的差异,某些标记与生产性能相连锁,则可用于数量 性状的标记辅助选择,进行早期选种和间接选种,根据标记的手段和内容,常用的有形态学 标记、 细胞学标记、 生物化学标记、 免疫学标记和生物学标记 (包括 RFLP.mtDNA-RFLP.DFP. AFLP.RAPD 等标记)(李善如,1997)。比较几种遗传标记方法,都各有其优缺点和适用范 围,在研究中应根据需要选用恰当的标记方法。总之,每种遗传标记都反映生物遗传特性的

某些方面,在实际应用中相互结合、相互补充,才能从各个角度揭示生物的遗传本质,更深 入全面地了解与我们的生存密切相关的生物世界, 以便更好地保护生物, 保存人类赖以生存 的生物品种资源, 如有人提出同时采取调查母系起源的 mtDNA—RFLP 技术和调查父系起源的 Y 染色体技术,则可能对牛生态种的鉴定提供较为可靠的证据(兰宏等,1993)。采用各种 不同的遗传标记研究畜禽的遗传结构和功能的内在联系, 从而应用于畜禽数量性状的改良和 抗逆种培育等方面。可以预测,在畜禽遗传育种中分子遗传标记将会起越来越重要的作用。 采用分子遗传学手段,可以提高育种值估计的精确度,大大缩短育种年限,如控制鸡矮小型 的一个位于染色体上的隐性基因, 传统的遗传学方法要经过测交来判断其基因型, 而应用分 子遗传学手段就可以直接从小鸡的 DNA 指纹上判断其基因型, 估测其可能的表型, 再如利用 M-RFXIP 方法可以很容易地检测出猪氟烷敏感基因(吴常信,1997),给生产带来很大的 效益。

3 基因图谱在动物遗传育种中的应用
3.1 基因图谱的构建
基因图谱的构建是遗传学研究的一个很重要的领域, 动物基因图谱(animal gene maps) 是动物基因组结构和功能研究以及 QTL 定位研究的基础, 也是未来动物育种的主要依 据和手段。构建基因图谱的意义在于了解控制生产性能、抗病力、抗应激反应力等诸多性状 的基因的结构与功能; 采用标记辅助选择或基因型选择法改良畜群讲研究不同动物种间基因 组型及进化关系等。

近几年来,DNA 标记技术的发展和应用大大促进了基因图谱的构建,目前,牛、鸡和猪的中 等分辨率的遗传连锁图谱均已完成,其他动物基因图谱的构建也正在进行。构建基因图谱, 目的在于建立完整的基因组上的遗传和物理图谱,充分认识基因,特别是有利性状基,更好 地为遗传育种工作服务。

3.2 遗传图谱与 QTL 定位
反映基因在染色体(DNA 分子)上的相对位置和基因间距离的图谱称为基因图谱,分别 用遗传图谱和物理图谱来描述。 遗传图谱标明了种系细胞在减数分裂时基因座位发生重组的 概率,从而标记出基因间的距离和连锁情况。物理图谱是利用物理化学等实验方法,确立标 记物(如基因、限制性内切酶位点、RFL 位以及染色体条件显带区)在染色体上的位置及物 理长度(如核苷酸对的数目、染色体显带的数目),其反映了基因之间的实际距离。遗传图 谱是定位重要生产性状基因和标记辅助选择技术的基础, 物理图谱则是位置克隆和体外操作 重要生产性状基因的指南。 比较 DNA 标记在遗传图谱和物理图谱中的位置, 将遗传图谱和物 理图谱合并起来就形成了基因图谱。

分子遗传标记的出现, 使我们可以真正从 DNA 水平上对影响数量性状的单个基因或染色 体片段进行分析,人们将这些单个的基因或染色体片段称为数量性状基因座(QTL)从广义 上说,数量性状基因座是所有影响数量性状的基因座,但通常人们只将那些不能检测出的、 通常有较大效应的基因或染色体片段称为 QTL,而将那些不能检测出的基因仍当做微效多基

因来对待。当一个 QTL 就是一个单个基因时,它就是主效基因。

近年来, 人们在利用分子标记连锁图谱进行 QTL 的检测和定位方面做了大量的工作, 在这些 工作中,一个突出的问题就是 QTL 的精确定位,畜禽遗传图谱的构建已取得较大进展,使得 利用一个或一群标记以区分不同个体 QTL 的有利基因型正在逐步成为现实。

数量性状主效基因的分析方法有两种, 一是连锁分析, 即利用多个 DNA 标记对参考分离 群个体作连锁分析定位;二是候选基因鉴定,即根据生理生化理论,鉴别某种功能基因对某 数量性状的遗传效应,筛选出对数量性状有影响的基因和分子标记,并估计出其效应值。在 实际研究中,QTL 定位往往是与构建遗传连锁图谱同时进行的。对于数量性状的定位,标记 的平均间隔在川。M 以下,才能有效地找到相关的 QTL。目前,牛的双肌基因 Weaver 基因、 早期流产基因、产奶量和乳脂性状的 QTL,绵羊的多羔基因、Callipyge 基因、Horns 基因, 猪的应激敏感基因、高产仔数基因、瘦肉率和蓄脂率座位,鸡的性连锁矮小基因、快慢羽基 因、腹胀和生长率座位等具有重要经济价值的基因已被定位或发现了与其连锁的 DNA 标记, 其中部分已定位的基因, 已在育种中发挥着重要的作用, 展现出基因定位和遗传图谱研究的 价值。虽然分子标记取得了许多进展,但尚处于初始阶段,QTL 的特点是多基因的微效性, 且在染色体上存着数以百计甚至千计的 QTL,因而即使建立若干多样化的参照群,也难以将 其效应—区别开来, 而且不同性状的 QTL 之间可能存在的相互作用的研究仅仅是开端, 但已 显示出可喜的发展前景。

3.3 基因图谱与动物基因组分析
分子遗传学的发展为动物育种工作开辟了一条新的途径,使动物工作者从分子水平直 接研究基因和性状的关系成为可能。 研究基因与性状之间的过程就是家畜基因分析, 基因组 扫描法与候选基因法是基因组分析最常用的两种方法。 基因组扫描法是采用专化杂种参考系 和随机遗传标记, 去扫描与经济性状连锁的基因组区域; 候选基因法是利用那被认为对于一 个性状有直接生理功能的基因,去寻找 QTL。基因图谱是进行基因组扫描的基础。基因组分 析是指对基因的结构与功能的分析, 其主要内容是利用 DNA 重组技术精确地确定控制重要经 济性状座位(QTL)在基因组上的遗传和物理位置,并且利用这些信息来对畜禽品种进行改 良。 动物基因定位是基因组育种的基石, 基因定位是指准确地确定控制表型性状的基因在基 因组上的位置, 包括确定基因在连锁群上相对位置的遗传定位和确定基因在染色体上具体位 置的物理定位。 其目的是为了研究有重要经济价值的基因, 前提是构建能覆盖整个基因组的 高分辨完整基因图谱,包括遗传图谱和物理图谱,进而弄清基因组全部核苷酸顺序。对动物 育种来说,基因定位和构建遗传图谱的意义在于了解控制生产性能、抗病力、抗应激反应力 等性状的结构与功能, 采用标记辅助选择或基因型选择改良畜群, 通过反求遗传学分离或处 理某些重要基因,研究不同动物种间基因组型及进化关系。

4 前景
对世纪是生命科学大发展的世纪,生物技术是对世纪技术的核心,它是以现代分子生 物学、 生物化学和细胞生物学等生命科学最新成就为基础的现代综合性技术。 其奥秘引起了 科学家的极大兴趣,也使人们的观念发生了根本变化。我国生物技术的研究起步较晚,但从 国外生物技术的发展和国内对生物技术的重视, 不难看到生物技术在畜牧生产上的前景将是

很大的、很广泛的。随着转基因技术、遗传标记、基因图谱的构建、染色体的原位杂交、胚 胎于细胞、核移植、胚胎克隆、胚胎性别早期鉴定以及性别控制等技术的不断完善和运用, 动物遗传育种中的许多问题将被揭示而展现在人们眼前, 必将对畜牧业的发展产生巨大的推 动作用。人们预计,发展生物技术在充满希望的同时也充满风险和曲折。为了鼓励和推动生 物技术的发展,许多国家制订和采取了一些新的有利政策,我们相信。世界生物技术将迎来 一个快速发展的新时代。

参考文献
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