第六篇-育種新技術(shù)-課件

第六篇 育種新技術(shù)1繁殖生物技術(shù)：AI,MOET，克隆、性別控制等生物技術(shù)常規(guī)育種技術(shù)外貌評(píng)定性能測定綜合選擇指數(shù)（復(fù)合育種值）最佳線性無偏預(yù)測（BLUP）分子技術(shù)：MAS（標(biāo)記輔助選擇）GS

（全基因組選擇）MAI（標(biāo)記輔助導(dǎo)入）轉(zhuǎn)基因（生物反應(yīng)器）等

2英國培育出四只新克隆多莉羊（2010.12.1）多莉(Dolly)是第一個(gè)使用成熟細(xì)胞克隆的哺乳動(dòng)物，1996年誕生于英國愛丁堡的羅斯林研究所?？寺⊙蚨嗬?Dolly)已經(jīng)獲得“重生”。最初進(jìn)行此項(xiàng)克隆研究的英國科學(xué)家又培育出4只克隆羊，被形象地稱之為“Dollies”(多莉的復(fù)數(shù))。3生物技術(shù)：“biotechnology”4“那些允許人們在微觀上認(rèn)識(shí)和控制生物遺傳與繁殖過程的技術(shù)”；“能工業(yè)規(guī)模設(shè)計(jì)、經(jīng)營和開發(fā)微生物、動(dòng)物、植物以及動(dòng)植物組織、器官、細(xì)胞的生物學(xué)特性與功能，為人類提供產(chǎn)品和服務(wù)的新興技術(shù)”生物技術(shù)是當(dāng)今人類社會(huì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)革命中的高新技術(shù)之一（現(xiàn)代生物技術(shù)）動(dòng)物分子生物技術(shù)主要涉及基因組分析技術(shù)、DNA診斷技術(shù)、轉(zhuǎn)基因、克隆技術(shù)等領(lǐng)域。生物技術(shù)將是未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力第一次技術(shù)革命工業(yè)革命解放人的雙手第二次技術(shù)革命信息技術(shù)擴(kuò)展人的大腦第三次技術(shù)革命生物技術(shù)改造生命本身5第十七章6胚胎生物技術(shù)與育種超數(shù)排卵、胚胎的凍存與移植冷凍精液、人工授精、體外授精胚胎（繁殖）技術(shù)胚胎的性別控制胚胎分割克隆技術(shù)胚胎細(xì)胞核移植體細(xì)胞核移植動(dòng)物遺傳育種與繁殖71.超數(shù)排卵、胚胎的凍存與移植胚胎移植（Embryo

Transfer）:從性狀優(yōu)良的母畜(供體)體內(nèi)取出早期胚胎移植到性狀一般的母畜

(受體)體內(nèi)繼續(xù)發(fā)育以生產(chǎn)優(yōu)良仔畜。同期發(fā)情超數(shù)排卵人工授精胚胎冷凍胚胎移植……技術(shù)支持8910冷凍胚胎移植技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：11通過胚胎移植生產(chǎn)較多的優(yōu)良胚胎；提高優(yōu)良母畜的利用率；胚胎移植是一項(xiàng)重要的基本技術(shù)，體外受精、核移植、基因轉(zhuǎn)移等技術(shù)均須通過胚胎移植才能得到后代；可以進(jìn)行長距離運(yùn)輸，降低費(fèi)用。奶牛MOET核心群育種體系經(jīng)嚴(yán)格選擇，組建一個(gè)600-1000頭的高產(chǎn)母牛核心群，并對(duì) 所有母牛實(shí)施性能測定；每年根據(jù)性能測定的結(jié)果，通過育種值估計(jì)，選擇一定數(shù)量的 優(yōu)秀母牛做為胚胎供體；對(duì)供體牛進(jìn)行超排，使用優(yōu)秀公牛精液配種；在核心群內(nèi)把其他母牛做為受體母牛，接受胚胎移植（ET）；在得到的ET犢牛中，母犢育成后，第一胎先在核心群中做為受 體，獲取第一批成績后，應(yīng)用BLUP進(jìn)行個(gè)體遺傳評(píng)定；ET公犢經(jīng)生長發(fā)育測定后，每全同胞組留一頭；選留的青年公牛要等其全同胞半同胞姐妹的第一泌乳期性能測 定得到后,利用這些信息進(jìn)行青年公牛的遺傳評(píng)定；在核心群以外的生產(chǎn)群中,還可以組織一個(gè)測定群,為核心群青 年公牛的遺傳評(píng)定提供更多的半同胞信息。12MOET育種體系的最大貢獻(xiàn)是提高了選擇的準(zhǔn)確性，大大縮短了世代間隔，可以獲得比常規(guī)育種方法更大的遺傳進(jìn)展。MOET的關(guān)鍵是建立一個(gè)生產(chǎn)性能卓越的母牛核心群。讓核心群母牛作供體，對(duì)其實(shí)施超數(shù)排卵，使用最優(yōu)

秀的種公牛與其配種，然后用采集受精卵，最后將受

精卵移植到受體母牛（受體?？梢允屈S牛，也可以是

雜交肉牛）子宮內(nèi)，使其懷孕并產(chǎn)犢。132.人工授精與AI育種體系1420世紀(jì)40年代，首先在奶牛生產(chǎn)中應(yīng)用，然后在其他物種通過人工授精技術(shù)，可使優(yōu)秀種公畜獲得大量的后 代，由此迅速地?cái)U(kuò)大其優(yōu)良遺傳特性和高產(chǎn)基因在 群體中的影響通過精液低溫冷凍保存，使得優(yōu)秀種公畜的使用不 受時(shí)間和地域的限制依靠人工授精，可使每頭種公畜承擔(dān)更多頭母畜的 配種任務(wù)4.通過冷凍精液的傳遞，能使參加后裔測定的公畜與來自不同地區(qū)、不同群體的母畜交配，從而獲得數(shù)量更多、分布范圍更廣泛的生產(chǎn)性能測定數(shù)據(jù)，使得對(duì)公畜的遺傳評(píng)定更精確5.采用精液長期冷凍保存技術(shù)，還可以更經(jīng)濟(jì)可靠地實(shí)現(xiàn)家畜品種資源保護(hù)15體外受精（invitrofertilization）：在體外進(jìn)行精卵結(jié)合。主要優(yōu)點(diǎn)：無需對(duì)母畜的發(fā)情期進(jìn)行控制，可以在相對(duì)短的時(shí)間間隔內(nèi)多次從一頭優(yōu)秀母畜體內(nèi)收集卵子;可以從非常年輕的母畜體內(nèi)收集卵子，進(jìn)行體外培養(yǎng)成熟，縮小世代間隔。“試管動(dòng)物”16“試管嬰兒之父”羅伯特-愛德華獲諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)（2010年）世界上第一個(gè)“試管嬰兒”路易絲與她的兒子卡梅倫，左為“試管嬰兒之父”羅伯特·愛德華茲教授。173.性別控制與胚胎性別鑒定18實(shí)現(xiàn)受精卵性別控制；在出生前知道胚胎的性別；使出生后所在畜群的性別比例發(fā)生改變?？商岣咝竽辽a(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。在奶牛業(yè)、奶羊業(yè)和蛋雞產(chǎn)業(yè)中，生產(chǎn)出更多的母牛、母羊和母雞；在肉牛生產(chǎn)中，生產(chǎn)出更多的公牛。提高某個(gè)性別的選擇強(qiáng)度；可獲得較大的遺傳進(jìn)展；結(jié)合附著(著床)前的基因診斷可用來清除呈伴性遺傳方式的遺傳疾患；

5）胚胎移植前若經(jīng)性別鑒定，只移植所需性別的胚胎，而且那些須借助胚胎移植才能得到后代的技術(shù)如體外受精、核移植、基因轉(zhuǎn)移等也從中得到好處。通過X、Y精子分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)受精卵性別控制(1).合子前控制：精子分離方法控制性別流式細(xì)胞分離儀。根據(jù)X、Y精子DNA含量的差異，借助特異性染色劑染色，據(jù)發(fā)出的熒光強(qiáng)度測定DNA含量，來分離X、Y精子。X

Y19(2)合子后控制：胚胎的性別鑒定SRY-PCR鑒定法：利用Y染色體上的雄性特異性片段，通過PCR擴(kuò)增少量胚胎細(xì)胞的特異性基因片段，確定胚胎性別。204.克隆技術(shù)動(dòng)物克隆(Cloning):生產(chǎn)兩個(gè)或更多個(gè)在遺傳上完全相同的動(dòng)物胚胎或個(gè)體的方法，是人工誘導(dǎo)的無性繁殖技術(shù)。(1)

胚胎分割(embryo

splitting):通過顯微操作技術(shù)將早期胚胎切割為兩半或更多部分，然后分別移植給不同受體母畜產(chǎn)下同卵雙生或同卵多生的個(gè)體。21胚胎克?。和ㄟ^顯微操作技術(shù)，將早期的胚胎細(xì)胞移入去核的卵母細(xì)胞中，構(gòu)成新合子的生物技術(shù)。體細(xì)胞克?。簩⒐w體細(xì)胞核移入未受精的去核卵母細(xì)胞中，經(jīng)供體核與受體細(xì)胞質(zhì)的融合以及分裂、發(fā)育，得到克隆胚胎，再植入受體內(nèi)以獲得子代的技術(shù)。2223體細(xì)胞克隆對(duì)家畜改良中的作用：24使具有遺傳上優(yōu)良性狀的個(gè)體數(shù)目在短時(shí)間內(nèi)得到大量增加；拯救瀕危動(dòng)物或家畜品種；轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的擴(kuò)群；治療性克?。ㄈ祟悾┓菄?yán)格意義的“克隆”；花費(fèi)大，成功率低；群體遺傳變異降低；倫理上爭論（人類）第十八章25轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)與育種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（transgenicanimal）：借助分子生物學(xué)與繁殖生物技術(shù)將已知的外源基因?qū)肷臣?xì)胞、早期胚胎干細(xì)胞或早期胚胎細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞的基因組中，所培育出的攜帶有外源基因并能遺傳的動(dòng)物個(gè)體或品系。生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的目的:通過基因轉(zhuǎn)移使受體機(jī)體的特征受到影響或產(chǎn)生新的功能。當(dāng)被移植的重組

DNA被整合到受體的基因組中，并高效表達(dá)，即能產(chǎn)生受體原來不出現(xiàn)的，或雖然出現(xiàn)但在質(zhì)上和量上均較低的基因產(chǎn)物，通常為蛋白質(zhì)。26生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的流程包括受體細(xì)胞制備、供體DNA制備、基因?qū)胧荏w細(xì)胞以及獲得了外源基因的生殖細(xì)胞或胚胎植入受體動(dòng)物體內(nèi)?；?qū)胧荏w細(xì)胞的常規(guī)技術(shù)主要有:顯微注射法、逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法、精子載體法、胚胎干細(xì)胞介導(dǎo)法等。27轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)的意義：改良經(jīng)濟(jì)性狀；改良抗病性；作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)重組蛋白；生產(chǎn)移植用器官轉(zhuǎn)“OMEGA3”豬轉(zhuǎn)“生長基因”魚轉(zhuǎn)“乳清白蛋白”奶牛轉(zhuǎn)“溶葡萄糖菌素酶”奶牛轉(zhuǎn)“抗凝血酶”羊轉(zhuǎn)“植酸酶、纖維素分解酶”豬

敲除“α

1,3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶”豬轉(zhuǎn)“抗病毒基因”動(dòng)物？28第十九章 分子育種29分子育種（molecularbreeding）：指DNA分子標(biāo)記輔助育種。DNA標(biāo)記輔助育種（DNA

marker-assistedbreeding）是一種利用DNA水平上的（非蛋白質(zhì)水平上的）分子標(biāo)記（或稱DNA標(biāo)記）對(duì)生物群體進(jìn)行遺傳改良的技術(shù)?，F(xiàn)階段DNA標(biāo)記輔助育種技術(shù)一般需要與常規(guī)育種技術(shù)特別是數(shù)量遺傳學(xué)方法相結(jié)合，故在名稱中有“輔助”二字。DNA標(biāo)記同樣可應(yīng)用于選擇、近交、雜交、保種等各個(gè)方面。30遺傳標(biāo)記（genetic

marker）:能夠遺傳的、可以識(shí)別的并能明確反映遺傳多態(tài)性的生物特性。遺傳標(biāo)記主要包括形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記、蛋白質(zhì)標(biāo)記和DNA標(biāo)記等四類。DNA標(biāo)記的類型：基于單堿基突變的DNA標(biāo)記基于重復(fù)序列變異的DNA標(biāo)記基于隨機(jī)擴(kuò)增的多態(tài)DNA標(biāo)記31數(shù)量性狀基因座定位32數(shù)量性狀基因座位（quantitative

trait

locus,QTL）:在基因組中占據(jù)一定染色體區(qū)域，控制同一性狀的一組微效多基因的基因簇。一般認(rèn)為，QTL是指影響數(shù)量性狀變異的染色體區(qū)段，而不是一個(gè)確定的基因座（locus），通常該區(qū)段包

含了數(shù)十到數(shù)百個(gè)不等的基因座。在控制一個(gè)性狀的所有QTL中，通常都存在一個(gè)或數(shù)個(gè)效應(yīng)較大的QTL，它們能單獨(dú)解釋表型總變異的

10~50%甚至更多，當(dāng)其中一個(gè)位置明確的基因座效應(yīng)達(dá)到一定閾值時(shí)，即可將該位置處的基因稱為主基因（major

gene）。遺傳連鎖圖譜(genetic

map)遺傳連鎖圖譜是利用多態(tài)性遺傳標(biāo)記進(jìn)行遺傳連鎖分析得到的反應(yīng)遺傳標(biāo)記間相對(duì)關(guān)系的圖譜。建立遺傳連鎖圖譜的理論基礎(chǔ)是染色體的交換和重組, 即通過計(jì)算連鎖的遺傳標(biāo)記間的重組頻率, 確定它們的相對(duì)距離, 一般用厘摩(centiMorgan,

cM

)表示,

1 厘摩即每次減數(shù)分裂的重組頻率為1%。3334遺傳連鎖圖譜(genetic

map)35數(shù)量性狀位點(diǎn)定位(QTL作圖)通過連鎖分析確定出QTL在圖譜上的位置與特定連鎖標(biāo)記之間的遺傳距離, 進(jìn)而確定QTL的表型效應(yīng)。QTL

定位的策略:利用QTL與遺傳標(biāo)記之間的連鎖關(guān)系,在一個(gè)大群體中進(jìn)行標(biāo)記基因型和被測數(shù)量性狀表型值記錄,通過統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行連鎖分析,確定連鎖關(guān)系。36標(biāo)記-QTL連鎖分析的基本步驟37進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)收集數(shù)據(jù)構(gòu)建標(biāo)記連鎖圖譜QTL的檢測與參數(shù)估計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)38（1）基于近交系或品系雜交的試驗(yàn)設(shè)計(jì)回交（BackCross）設(shè)計(jì)：用雜交所得的F1個(gè)體與兩個(gè)親本中的一個(gè)回交，利用回交后代的標(biāo)記基因型信息和數(shù)量性狀的表型信息進(jìn)行標(biāo)記-QTL的連鎖分析F2設(shè)計(jì)：是將F1個(gè)體互交產(chǎn)生F2代個(gè)體，利用F2代個(gè)體的標(biāo)記基因型信息和數(shù)量性狀的表型信息進(jìn)行標(biāo)記-QTL的連鎖分析F2

intercross:39Informative

pig

pedigreeXQQqqQQ

Qq

qq40qqXXXF1F2Meishan221q21q2Meishan22Large

White1q1Large

White1q111111q21q2222q2221q24142（2）基于分離群體的試驗(yàn)設(shè)計(jì)43半同胞家系全同胞家系混合家系三代家系資料及DNAF2代性狀測定數(shù)據(jù)QTL檢測Unobserved

QTL

allelesq

mQ

MObserved

marker

allelespair

ofchromosomes44QTL

detectionTwo

approaches:Candidate

genesClose

linkage

withQTLM

QM

QM

Qm

qm

qm

qin

outbred

populationQTL

genomescanLoose

linkage

withQTL in

cross

or

w/in

famili4e5sQTL檢測46單標(biāo)記分析（Single

marker

analysis）區(qū)間定位（Interval

Mapping）單標(biāo)記分析其中 分別為標(biāo)記基因型為M1M1和M1M2的個(gè)體的性狀表型平均數(shù)；n1和n2分別為這兩種基因型的個(gè)體數(shù)；Sp為合并的樣本方差47區(qū)間作圖法：48以正態(tài)混合分布的最大似然函數(shù)和簡單回歸模型，借助于完整的分子標(biāo)記連鎖圖譜，計(jì)算基因組的任一相鄰標(biāo)記(

M

i-和Mi+)

之間存在和不存在QTL(Qi

)的似然函數(shù)比值的對(duì)數(shù)(LOD值)。影響豬肉質(zhì)性狀的QTL定位結(jié)果（1號(hào)染色體）49影響豬肉質(zhì)性狀的QTL定位結(jié)果（15號(hào)染色體）50三、標(biāo)記輔助選擇(MAS)PhenotypicdataEBVGenotypicdataSelectionstrategyUnknowngenesMolec.

geneticsIdentified

ormarked

QTL?Molecularscore

(MS)51如果知道對(duì)要評(píng)定的性狀有某些QTL存在，并且能直

接測的它們的基因型（通過候選基因分析發(fā)現(xiàn)的QTL）或者雖不能測定它們的基因型，但知道它們與某些標(biāo)記的連鎖關(guān)系（通過標(biāo)記-QTL連鎖分析發(fā)現(xiàn)的QTL），可以測定這些標(biāo)記的基因型，這時(shí)就可將這些標(biāo)記信息用到個(gè)體的遺傳評(píng)定中，提高評(píng)定的精確性。這就是標(biāo)記輔助選擇（marker-assistedselection,MAS）52Implementation

logistics

of

MAS/GASSelectionPhenotypingFarmsAnalyticaltoolsPedigreeGenotypingPhenotypicDatabaseDNA

collectionGenotypicDatabase53候選基因分析54候選基因分析是從若干可能是QTL的基因（即候選基因）中篩選QTL侯選基因是已知在性狀的發(fā)展或生理過程中具有某種生物學(xué)功能并經(jīng)過測序的基因，可以是結(jié)構(gòu)基因或者是在調(diào)控或生化路徑中影響性狀表達(dá)的基因候選基因分析551、候選基因分析的基本流程選擇候選基因獲得用于擴(kuò)增基因的引物序列揭示候選基因內(nèi)的多態(tài)性建立對(duì)所揭示的多態(tài)位點(diǎn)進(jìn)行大規(guī)模的測定基因型的實(shí)用方法選擇用于進(jìn)行候選基因分析的群體研究候選基因與性狀的關(guān)系證實(shí)所發(fā)現(xiàn)的候選基因與性狀的關(guān)系QTL

1RNA

1PROTEIN

1RNA

2GrowthhormoneGrowthhormonegenePHENOTYPEQTL

3RNA

3PROTEIN

3QTL

4RNA

4PROTEIN

4侯選基因策略56MC4RRNA

1MC4RQTL

2RNA

2PROTEIN

2LeptinRNA

XPROTEIN

XFat%NPYRNA

YNPYQTL

3RNA

3PROTEIN

3QTL

4RNA

4PROTEIN

4Nature

of

Complex

Traits-

Realistic

View57Meishan

Pig

from

ChinaESR

effectof

over

2pigs

perlitterESR

effect

ofover

2

pigs

perlitter

inMeishanand

nearly

1

pigindomesticpigs581/12/21/2542466Slide

courtesy

Max

RothschildCN

S

I

I

D

P

L

I

YNH2COO

HTransmembranedomainsIIIIIIIVVVIVIIhomozygotesequenceC

N

S

I

I

N

P

L

I

YAllele

2homozygotesequence293295297299300aAllele

1MC4R

mutationandTest(Kim

et

al.,

Mammal.

Gen.2000)11

vs

22genotypein

commercial

types59豬基因組中已經(jīng)定位的QTL豬QTL數(shù)據(jù)庫60/QTLdb//pig/main.html614.全基因組關(guān)聯(lián)分析62Genome-Wide

Association

Studies

(GWAS)一種對(duì)全基因組范圍內(nèi)的常見遺傳變異(單核苷酸多態(tài)性和拷貝數(shù)變異)進(jìn)行總體