(最新整理)动物分子育种研究进展

叁 国内外研究进展
西北农林科技大学张涌教授团队通过基因定点整合和 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β-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.
Ipr1 基因定点敲入抗结核克隆奶牛
Journal of Biological Sciences,2012.
叁 国内外研究进展
Reported 196 SNPs in Canadian Holstein bulls with significant associations with traits dscribing the size and shape of cows.
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。
贰 分子遗传标记
MAS 育种 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。
贰
贰 分子遗传标记
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 。
贰 分子遗传标记
Liu W B, et al., PLoS One,2011.
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
AA BB AB
显性标记
共显性标记，2倍体
贰 分子遗传标记
以分子杂交为基础的DNA标记技术（RFLP标记）
分
子
以PCR技术为核心的DNA标记技术 （RAPD标记、SSR标记、
标
SSLP标记、SCAR标记 、AFLP标记、STS标记 ）
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
Settles M, et al., Animal Genetics,2009.
Liu 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。
分子遗传标记是以分子遗传 RFLP、SSR、ISSR、 学和分子数量遗传学为理论， RAPD、AFLP和SNP等。 利用分子生物学技术来改良
畜禽品种的一种方法。
贰 分子遗传标记
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
RFLP
RAPD
AFLP
SSR
ISSR
SCAR
STS
CAPs
主要原理
限制酶切
随机PCR 限制性酶切结合 PCR扩增 随机PCR 特异PCR 特异PCCR扩增
扩增
扩增
增
多态性水平
中等
较高
非常高
高
高
中等
PCR扩增产 物限制性酶
切
检测基因组 区域
单/低拷贝区
整个基因 组
整个基因组
2021/7/26
(最新整理)动物分子育种研究进展
1
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
壹 育种基本概念
育种
家畜 育种
分子 育种
遗传 标记
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。
壹 育种基本概念
非常规性转基因育种
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。
2000年12月中国农业大学成功获得了我国首例转 有人α1-抗胰蛋白酶基因的转基因羊。
Wu H et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2015.
人溶菌酶基因打靶抗乳腺炎奶牛
Liu X et al., Proceedings Biological Sciences, 2014.
人β-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
请各位批评指正
THANK YOU
P R ES EN TED BY
O ffic e P L U S
Mapping genes for complex traits in domestic animals and their use in breeding programmes
Kolbehdari, D. et al. Dairy Sci.,2008.
Michael E. Goddard,Nature reviews genetics, 2009.
指在一个群体内的各个体间表现为连续变异的性状，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。
贰 分子遗传标记
主效 QTL 育种
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。
贰 分子遗传标记
• 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中表现。
如RFLP、SSR、SCAR等。
10 01 11
Cui C et al., Scientific Reports,2015.
叁 国内外研究进展
叁 国内外研究进展
展望
我国动物种业研发能力不足，我国重要农业动物商用品种原种进口依赖程度高的 现状，需加强育种数据采集与性状测定新技术研究，只有育种数据的准确采集和 性状的科学测定，才能保障动物重要经济性状的主效基因和分子标记开发的准确 性。基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学及宏基因组学等高通量的分子生 物学技术应该广泛运用于功能基因鉴定和分子标记发掘，提高分子育种工作的效 率。
壹 育种基本概念
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。
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。
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 遗传特性
高 共显性
中
显性/共显 性
高 共显性/显性
高 共显性
高
显性/共显 性
高 共显性
高 显性/共显性
高 共显性
DNA质量要 求
高，5-30μg
中，10100ng
很高， 50100ng
中， 10100ng
中， 250ng
中， 510ng
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。
叁 国内外研究进展
2009
2011
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。
叁 国内外研究进展
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。
贰 分子遗传标记
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。
贰 分子遗传标记
分子遗传标记
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DNA标记。
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。
壹 育种基本概念
DNA RNA Protein Phenotype
育种工作的关键：如何提高选择效率 传统育种一般是首先 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。
古代育种
近代育种
现代育种
壹 育种基本概念
1 表型和表型值选种技术育种
2
DNA重组技术育种
3
分子技术育种
转基因育种 基因组育种
壹 育种基本概念
动物转基因技术
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。
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(ω-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ω-6系饱和脂肪酸转化为ω-3系不饱和脂肪酸， 提高了ω-3系脂肪酸含量，降低ω-6/ω-3的比例， 显著提高了猪肉的营养价值。
Lai L,Nat Biotechnol,2006.
高， 50100ng
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
OfficePLU S
叁
叁 国内外研究进展
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的一种有效方 法。