动物抗病育种研究进展1

文献

综述

动物抗病育种研究进展

袁峥嵘

(湖南农业大学动物科技学院,湖南长沙　410128)

摘要:对开展动物抗病育种的必要性、发展过程、抗病的遗传基础、抗病育种方法的现状及存在的问题进行了阐述。提出采用分子标记辅助选择和转基因工程抗病育种是当前和今后动物抗病育种的主要方向,最后对动物抗病育种进行了展望。

关键词:动物疾病抗性;抗病育种;抗病基因;免疫

中图分类号:S81312 文献标识码:A 文章编号:052925130(2007)0920068203

动物在生长发育过程中,经常受到各种病原物的侵袭,表现为抗病或感病。动物疾病是现代畜禽业生产的大敌,疾病不仅严重威胁着动物的健康,而且还给畜禽业造成巨大的经济损失(国外估计疾病造成的经济损失约占畜牧业总产值的12%～15%)[1]。从长远来看,采用遗传学方法从遗传本质上提高动物对病原的抗性,加强免疫功能,开展抗病育种具有治本的功效。抗病育种巨大的潜在经济效益以及某些畜病作为研究人类疾病动物模型的诱人前景,正有力地推动这项工作的发展。动物抗病育种逐步成为动物育种家们关注的焦点。

Roberts等(1932)首先开始了抗病育种工作,其试验结果表明抗白痢基因呈显性,证明了抗病育种的可行性,自此人们对动物抗病育种进行了较为系统的研究。后来免疫学和生物制品学的发展,使大部分传染病都通过预防接种得到了有效控制,抗病育种也受一定程度的冷落[2]。但是20世纪80年代以来,随着分子生物学及分子遗传学和基因工程技术的发展完善,尤其是DNA分子标记技术,为动物抗病育种提供了新的思路,也使人们开始重新重视对动物抗病育种的研究[2]。

1　动物抗病性的遗传基础

动物抗病性一般有广义和狭义之分,广义的抗病性是指一般所称的抗逆性或抗性;而狭义抗病性则是指动物对寄生虫病和传染病的抗病力。我们所指的抗病性一般指狭义的抗病性。抗病力按遗传机制不同分为特殊抗病力和一般抗病力。

特殊抗病力是指动物对某种特定疾病或病原体的抗性,这种抗性或易感性主要是受一个主基因位点控制,也可能程度不同地受其他未知位点(包括调控子)及环境因素的影响。典型的例子是异种动物间抗病力的差异,如牛、猪易感口蹄疫,而马对口蹄疫有天然抗性;黄牛易感锥虫病而瘤牛血统的品种能抵抗该病等。

一般抗病力不限于抗一种病原体,它受多基因及环境的综合影响。如鸡的主要组织相容性复合体(maj or hist ocompati2 bility comp lex,MHC)与马立克病、白血病、球虫病及罗斯肉瘤等病的抗性和敏感性有关;小鼠的MHC与粗白血病及曼森血吸虫病的抗性或易感性相联系[1-2]。

收稿日期:2006211218

作者简介:袁峥嵘(19822),男,硕士研究生。2　抗病育种的途径

211　对抗病力的直接选择

抗病力性状为阈性状,表现为非连续的一类性状,不是死亡,就是存活,没有中间类型。最简单的方法就是在通常的生产条件下对种畜进行观察和选择,当有病原攻击动物时,在相同感染条件下有的个体不发病,有的个体发病。不发病的个体表明具有抗性遗传基因,将这些个体选出进行大量繁殖,久而久之,可使抗病个体增多,抗病基因频率增加。这种传统的表型选择法具有直接、简便、准确等优点,而且可以提高一般抗病力。但也有其局限性,所选性状不一定真实遗传。因为在没有疾病的条件下(在良好的卫生和管理下),抗病力的表达是有问题的。对种畜以及对种畜的后裔或同胞进行疾病攻击则成本可能比较高昂(具体取决于疾病攻击的程度),并且对生产有不利影响。除非接受测定的后裔或同胞的数量足够大,否则这种方法的价值是有限的。此种直接选择法在家禽抗病育种上较成功的例子是对鸡卡氏住白细胞原虫病的研究,Okada等1988发现不同品种的鸡对卡氏住白细胞原虫病的抵抗力存在天然的差异,对抗体鸡的选择及扩群繁殖,就可以培养出抗卡氏住白细胞原虫病的鸡群。针对同胞和后裔测定的困难,研究者提出对候选个体克隆进行攻毒试验,这种方法准确性较高,对生产没有影响,抗病选择效果明显。但因其大量克隆,育成代价很高。

212　对抗病力的间接选择

21211　分子遗传标记辅助选择(MAS)

Lande和Thomp s on(1990)首先提出了分子标记辅助育种。标记辅助选择(MAS)就是利用DNA水平的选择来代替以表型为基础的选择,提高选种的效率和选种的准确性,特别是对抗病性状和中等遗传力性状的选择。现已发现许多疾病都有标记基因或标记性状,典型的例子是鸡MHC的B21血型因子,可通过间接选择B21纯合个体而培育抗马立克病的抗病群。Vogelit和Meijerink等(1997)发现,F UTl基因可作为E.coli F18R的候选基因,AA型为抗性基因型,GG基因型表现敏感[3]。姜勋平等(2005)证实对这种基因型进行标记辅助选择和标记辅助交配,有可能提高群体中A基因频率,不仅可以实现抗病育种还可以提高猪的肉质和胴体性质[4]。Tf基因也被证实为E.coli K88R的一个标记辅助选择候选基因。Sun

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等(1998)将与对沙门氏菌抗性有关的巨噬细胞蛋白1基因(NRAMPl)定位到猪15号染色体上,并与S0088、S0149、S0284标记紧密连锁[5]。Longley等(1999)用PCR2RF LP法研究绵羊的药物抗性基因时,发现了1个RF LP可以作为其标记。Yonash等(1999)用78个微卫星标记研究了273只F2代白来航蛋鸡对马立克氏病的抗性,发现14个抗性QT L,其中7个为显著影响,并精确定位。

21212　直接进行抗病主基因选择

目前,抗性基因的研究还不多,但是识别特定的抗病基因对抗病育种具有重大的意义,不仅可以直接进行主基因选择抗病育种,而且可进一步进行转基因动物的培育。研究得较清楚的是猪大肠杆菌K88和F18受体基因。已知抗性基因(无受体)为隐性(s),敏感基因(有受体)为显性(S),可以利用抗性基因s进行标记和选择,鉴别出隐性纯合体ss公猪,用它来繁育抗病品系。猪应激综合征(PSS)是单基因隐性遗传病,由Ⅰ型兰尼定受体基因(RYRⅠ)控制,氟烷敏感基因(Hal n),隐性纯合子(Hal n Hal n)发病,淘汰隐性纯合子(Hal n Hal n)和杂合子(Hal N Hal n),选留显性纯合子(Hal N Hal N),即可有效地育成抗应缴综合症品系。Hanset等(1995)通过检测与RYRⅠ紧密连锁的葡萄糖酸异构酶(GP I)位点,将大白猪氟烷阴性基因渗入到皮特兰中,并经3次回交,已经获得氟烷阴性皮特兰品系。

21213　进行转基因工程抗病育种,实施转基因方案

基因工程技术是实现动物抗病育种非常重要的手段。利用基因转移技术可以降低动物疾病易感性。首先获取抗病基因并克隆,再将克隆的抗病基因导入动物胚系细胞(ger m line)在染色体中正确整合后获得能遗传的抗病个体,然后通过常规育种技术扩大群体,最终育成抗病品系。以下列举了几种较有价值的基因。

2121311　M HC基因

MHC主要组织相容性复合体是与抗病性和免疫应答密切相关的一组基因群,存在于所有较高等的动物中,并存在广泛的多态性(Anderss on,1994),它是由Snell等(1956)在研究小鼠的移植排斥反应时发现的。

鸡的MHC称为B复合体:Schier man等(1961)首先发现了鸡的B血型系统与组织相容性有关。鸡的MHC位于16号染色体上(B l oom和Bacon1985)。至少含有3个亚区B—F、B—L、B—G,且B—G为禽类所特有。B—F、B—G都与鸡马立克氏病(MD)的抗性有关。B

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对MD有天然的抗性,B rili2 es等(1980)指出B2、B6、B14具有中等抗性,而B3、B5、B13、B15、B19、B27对MD敏感。已经证明B复合体对合成抗原、牛血清白蛋白、鸡白痢沙门氏菌、总I gG水平和细胞介导应答有关(Nordskog,1984;La mont和D ietert,1990)。已证明,对Rous肉瘤病毒、禽霍乱和淋巴细胞白血病病毒的抵抗力与鸡的MHC有关(La mont,1989)。

猪的MHC(命名为S LA):Rabin等(1985)最早将S LA 定位于猪的7号染色体。S LA与免疫应答密切相关,Rothschild 等(1984)证实,美国5个猪种对支气管败血巴氏杆菌的免疫应答处于S LA的控制下。Tiss ot等(1989)发现遗传性皮肤恶性黑瘤与S LA复合体有关。Renard等(1985)发现腹泻造成的断奶前死亡率与S LA的单倍型类型有关。此外,Lunney 等(1988)指出S LA的不同单倍型对寄生虫的抗性也存在类型差异。

牛的MHC(命名为BoLA):Amorena等(1978)首次报道了牛的MHC classⅠ类抗原,定位于23号染色体上。Letes2 s on等(1983)发现classⅡ抗原。研究发现BoLA复合体与肠道寄生虫、蜱的易感性以及乳房炎有关(Spooner等,1988; Sharif等,1999)。Park等(2004)研究结果表明乳房炎同MHC的杂和型DQ基因相联系[6]。Le win等(1988)已证明牛白血病病毒与BoLA复合体有关;Stear等(1988)首先研究了W6和Eu28R与牛白血病毒引起的持久性淋巴细胞增多症紧密相关。Zanotti等(1996)发现DQA33A—DQB33A—DRB23 2A—DRB3.23l1与持久性淋巴增多症紧密联系。M ireky m等(1998)的研究结果证明,DRB3或与其紧密连锁的基因可能直接控制着体内被牛白血病毒感染的外周B细胞数量[7]。A l2 izadeh等(2003)认为口蹄疫可能与BoLA—DRB332703等位基因相联系[8]。

马的MHC(命名为E LA):Meredith等(1986)指出, E LA与马的类肉瘤肿瘤有关。M ill ot等(1988)认为绵羊对痒病的抗病力与绵羊MHC(OLA,位于20号染色体)有关。进一步的研究将会发现更多家畜的MHC与免疫应答和抗病力之间的关系。

2121312　干扰素基因

干扰素(interfer on,I F N)是动物机体内可被多种诱导物诱导产生的生物活性蛋白。I F N产生后与应答细胞的表面受体结合,触发多种生物效应,如抗病毒、免疫调节、抗增生等(Samuel等,2001)。Isaacs(1957)在进行鸡胚细胞流感病毒感染试验中首次发现干扰素。W heel ock(1965)与Green (1969)相继发现免疫活性细胞产生的一类对酸敏感的干扰素的免疫干扰素。Young等(1989)将I N F基因质粒,导入小鼠受精卵,获得表达,获得抗病转基因小鼠[9]。Domeika等(2003)认为Ⅰ型干扰素(酸敏感型)发现了6种类型,而Ⅱ型干扰素(耐酸型)仅发现1种。几乎所有脊椎动物均可产生这2类干扰素[10]。Charley等(1988)证明猪重组I F N2γ可抑制感染传染性胃肠炎冠状病毒的猪上皮细胞和肺巨噬细胞中病毒复制;Es parza等(1988)证实猪I N F2γ可抑制感染猪瘟病毒的单核细胞和肺巨噬细胞的病毒复制;Chinsangara等(1999)认为猪I F N2α/β能有效抑制口蹄疫病毒的活力; Suradhat等(2001)进行,动物体内试验结果表明,同时注射猪瘟疫苗和干扰素,可增强对猪瘟病毒的防御能力[11];Bau2 tista等(2005)用I F N2γ处理感染繁殖与呼吸综合征病毒PRRS V的猪巨噬细胞,可抑制PRRS V增殖[12]。

2121313　抗流感病毒基因

L inden mann等(1964)就发现具有Mx等位基因的小鼠对A型及B型流感具有天然的抵抗力。后来的研究发现,M x基因存在于几乎所有真核生物中,只是以隐性等位基因的形式存在。已证明小鼠的这个基因位于16号染色体上,在干扰素、双链RNA及病毒的诱导下可以表达,并证实在培养细胞内其

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畜牧与兽医　2007年　第39卷　第9期