遗传标记技术在动物育种中的研究进展

2004年2月甘肃农业大学学报第39卷第1期92～96 JOURNAL OF GANSU AGRICULTURAL UNIVERSITY 双月刊遗传标记技术在动物育种中的研究进展

马彬云，吴建平

（甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃兰州 730070）

摘要：随着生物科学的不断发展，遗传标记辅助选择（MAS）已经在动物改良中获得了较大的遗传进展，其中最关键的环节是识别有效的遗传标记，即这一标记应与控制这些数量性状的基因（QTL）处于连锁不平衡（linkage disequilibrium）状态。就目前遗传标记技术在动物遗传育种中的研究进展进行了综述，并展望了遗传标记技术在该领域的应用前景，以期引出这一技术可能存在的一些问题以供思考。

关键词：MAS；遗传标记；分子标记；动物育种；QTL

中图分类号：S 813.3 文献标识码：A 文章编号：1003-4315(2004)01-0092-05

Research progress of genetic maker technology in animal breeding

MA Bin-yun，WU Jian-ping

（College of Animal Science and Technology, Gansu Agricultural University, Gansu, Lanzhou 730070, China）

Abstract:With the development of Bio-science, Genetics Makers-assisted Selection (MAS) has already obtained prominent genetic progress in animal breeding, in which the key aspect is the identification of useful genetic markers that ought to be in linkage disequilibrium with the major gene which dominates Quantitative Trait Locus (QTL). The paper reviews the application perspective of the technology in the field of animal breeding.

Key words：genetic marker；molecule marker；animal breeding；QTL

在动物遗传育种中应用遗传标记（genetic markers）为动物育种高效而精确地选择目标基因型开辟了新道路，也使传统的育种工作跨上了新台阶，从而使可望识别具有优良基因的种畜个体，提高选择强度，缩短世代间隔，以期获得最大的遗传进展已成现实。在家畜育种中尤其对于限性性状、低遗传力性状及难以测量的性状，应用标记辅助选择（marker-assisted selection，MAS），其优越性就更为明显[1]，可显著地提高选择的有效性及遗传改进量。

1 遗传标记技术的研究进展

生物的系统分类，物种的起源和进化，种群遗传结构考察以及生物多样性分析等研究都涉及到遗传分析，遗传分析需要有效的遗传标记。对动物进行MAS亦必须找到恰当的遗传标记。

80年代以来，随着分子生物学的发展，分子克隆技术和DNA重组技术的日趋完善，特别是PCR技术和新的电泳技术的产生，使各种分子遗传标记应运而生，给动物遗传育种工作带来了新的生机和革命性的变化。

1.1 遗传标记辅助选择（MAS）

在动物的遗传育种中，标记辅助选择的出现是伴随着分子遗传学、数量遗传学和分子生物学技术的发展而不断得到广泛的应用，并已经成为目前家畜选育和研究的热点。

标记辅助选择由于充分利用了表型、系谱和遗传标记的信息与只利用表型和系谱信息的常规选种方法相比，具有更大的信息量[2]。

目前，MAS在动物的选育中已取得了一些成功的事例，猪氟烷（halothane, HAL）基因和雌激素受作者简介：马彬云（1976－），硕士研究生，研究方向为动物遗传学和分子遗传学。

第1期马彬云等：遗传标记技术在动物育种中的研究进展93

体（estrogen receptor, ESR）基因的DNA标记检测已经在育种实践中应用；牛的双肌（double muscling, DM）基因；鸡的矮小（dwarf, dw）基因也在育种和生产中应用[2]。

Fernando等[3]、Van Arendenk等[4]和Gomez-Rana等[5]针对不同畜种和性状提出了纯种选育中MAS的3个主要方案[2]：①同时利用表型、系谱和与数量性状基因位点（quantitative trait locus，QTL）紧密连锁的遗传标记的信息来对个体进行遗传评定，并在此基础上进行种畜的选留，即所谓的标记辅助BLUP；②进行两阶段选择，即在性能测定之前先用标记信息进行第一次选择，然后再利用性能测定所获得的表型信息估计的育种值进行第二次选择；③充分利用标记信息进行选择。

遗传标记在动物选育中的应用可显著地加速动物育种的遗传进展。据研究表明在畜牧业中利用MAS可使遗传进展从15%增加到30%[6]。依据这种趋势，MAS的总的遗传进展估计可达到44.7%～99.5%[1]。Brenneman等[7]研究指出利用MAS可使数量性状选择的准确性显著提高，通过将MAS与先进的技术相结合，在牛上可使世代间隔缩短45～69个月[8]。

目前，在动物标记辅助选择研究领域，主要的研究内容有：①分子标记的筛选；②分子标记图谱的构建；③标记—QTL连锁分析和QTL定位；④QTL效应值及方差等参数的估计；⑤应用MAS对育种规划的制定等。

1.2 用于MAS的遗传标记[9, 10,]

在家畜遗传育种中，MAS是通过对遗传标记的选择，间接实现对控制其性状的数量性状位点（QTL）的选择，从而达到对该性状进行选择的目的，或者通过遗传标记来预测个体的基因型值或育种值[9]，其中，遗传标记及QTL是MAS选育效果的决定因素。

遗传标记（genetic markers）是生物体所特有的性状或物质，是基因型易于识别的表现形式，能够稳定地遗传，可以反映生物的个体和群体特征，是生物个体或群体间遗传差异的客观表征，可用来研究基因遗传和变异的规律，进行动物的标记辅助选择。

利用遗传标记可进行动物品种、品系、类群的鉴定及亲缘关系的研究、基因定位与遗传图谱的构建、背景基因型的选择、QTL的识别、不良性状的剔除、分子标记辅助选育等。

理想的遗传标记应具备的条件：①在群体中高度多态；②易于检测与识别；③具有高度的个体稳定性且能在发育早期检测到；④与控制QTL基因处于连续不平衡状态（linkage dis-equilibrium）；⑤数量多，可均匀覆盖整个基因组；⑥具有高度的共显性，能够准确判别所有可能的基因型等。

通常，家畜中绝大多数有经济意义的性状都是受多基因控制且表型呈连续分布的数量性状，因而育种工作常是以数量性状为基础的。

1.3 进行MAS的遗传标记技术[11, 12]

随着基因工程特别是DNA重组技术的发展，现在人们不仅已确知动物具有毛色、体态、血型、染色体等的多态性，而且有DNA水平的多态性。20世纪80年代，各种研究DNA多态性的遗传标记方法发展迅速，从而使分子遗传标记应用于动物育种成为现实。

分子遗传标记是以物种突变造成DNA片段长度多态性为基础的，具有许多优点：①直接探测DNA水平的差异，不受时空的限制；②标记数量丰富，多态性高；③共显性标识，可以区分纯合子与杂合子；④可以解释家系内某些个体的遗传变异；⑤可以鉴定不同性别、不同年龄的个体。

目前应用较广泛的分子遗传标记技术有：限制性片段长度多态分析技术（Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP）、DNA指纹分析技术（DNA Fingerprint）、随机引物扩增多态性DNA技术（Random Amplified Polymorphism DNA, RAPD）和扩增片段长度多态性分析技术（Amplified Fragment Length Polymorphism, AFLP）等。其中RAPD技术是目前动物遗传标记辅助选择中应用较多、较为理想的分子标记方法。RAPD技术是美国杜邦公司J. G. K. Williams[13]和加利福尼亚生物研究所J. Welsh[14]所领导的两个研究小组于1990年同时发展起来的检测DNA多态性的技术。该技术简练、快捷、灵敏、多态性检出率高，所需DNA量少，省去了分离、克隆DNA探针、分子杂交及测定分析等一系列前期工作，且能迅速提供大量的遗传标记，现已广泛应用个体和品系的鉴定、遗传多样性检测、基因定位、构建遗传图谱、标记辅助选择和种间遗传分析等研究领域。但是由于过低的退火温度（36℃）和太短的引物序列（10碱基）等原因，常常使得