家畜育种学14动物育种学新技术

第十四章家畜育种新技术（生物技术在动物育种中的应用）第一节生物技术概述第二节细胞工程技术的应用第三节基因工程技术的应用一、生物技术的概念♣生物技术（Biotechnology）其英语的本意是“生物工艺学”，一些论著又将其译为“生物工程”，其定义至今没有一个十分经典的表述，常见的表述有两种：＆从微观上认识和控制生物遗传与繁殖过程的技术。＆在探索生物所具有的多种多样功能的同时，用工程设计的方式把这些功能应用于各个领域、或人工摸拟再现生物功能，为人类提供产品或服务的新兴技术。第一节生物技术概述生物技术是以生命科学研究成就为基础的综合性技术，是从微观上认识和控制生物的遗传物质和遗传过程，了解生命的全貌，其目的是要解决人类社会中的人口、粮食、肉蛋奶、环境能源医疗等各种具体问题。二、生物技术应用的目的三、生物技术的主要组成部分基因工程技术细胞工程技术酶工程技术发酵工程技术四、在家畜育种中应用的生物技术细胞工程技术细胞遗传学技术动物繁殖学技术基因工程技术分子遗传学技术（主要涉及基因组分析技术、DNA诊断技术、转基因技术等）分子数量遗传学技术染色体及染色体片段移植与重组染色体组型与单个染色体的鉴别细胞遗传学技术动物繁殖学技术人工授精配子低温冷冻保存X、Y精子分离同期发情、超数排卵与分娩控制卵母细胞的体外培养与体外授精胚胎冷冻保存与胚胎移植核移植与细胞克隆嵌合体的制备分子数量遗传（molecularquantitativegenetics）学。将分子生物技术和方法与数量遗传学相结合，研究数量性状基因座（QuantitativeTraitsLoci，QTL）定位与分子标记辅助选择（MolecularAssistantSelection，MAS）的理论和方法。这一学科领域的发展，将给家畜育种带来一次新的飞跃。分子遗传学技术基因结构与功能的分析基因组分析基因诊断基因克隆与基因组文库的建立转基因技术基因在微生物中的表达转基因动物的制备生物反应器第二节细胞工程技术的应用人工授精技术配子低温冷冻保存技术同期发情、超数排卵技术体外受精技术性别控制与胚胎性别鉴定技术克隆技术一、人工授精技术给家畜育种带来的效应通过人工授精，提高了优良种公畜的利用率，迅速扩大优良遗传特性和高产基因在群体中的影响。依靠人工授精，提高了种公畜的利用率，大大减少了种公畜的需要量，在相同的选择基础上，提高了种公畜的选择强度，加快了群体的遗传进展。从生产上讲，节约了成本。建立了AI育种体系（AggregativeIndexBreedingSystem）在畜群中广泛应用人工授精技术，精液全部来自经遗传评定验证的种公畜；在育种群中实施大规模的、规范化的生产性能测定；通过“定向选配”，有计划地培育后备公畜；组织科学、严格的公畜后裔测定，并应用先进的数据统计分析方法估计育种值，提高选种的精确性。一、人工授精技术给家畜育种带来的效应AI育种体系在奶牛育种中取得的效果：在过去40余年中，美国、加拿大等奶牛生产发达国家，因坚持AI育种体系，全国奶牛群体数量减少了1/3，而总产奶量却稳中有升，说明奶牛的平均产奶量提高了30%以上。据1996年统计分析结果，我国北京市自1972年建立种公牛站开始全面推广冷冻精液人工授精以来，奶牛产奶量平均每年获得近50kg的遗传进展，在25年中奶牛平均单产净增2200kg。一、人工授精技术给家畜育种带来的效应AI育种体系在猪育种中取得的效果：在上个世纪80年代末90年代初，AI育种体系开始在猪育种中应用，至今，猪的主要生产性能已有大幅度提高。瘦肉率可达65%以上；70日龄以后的日增重最高可达2000g以上；料肉比可达2.5∶1，接近鸡的饲料利用率。一、人工授精技术给家畜育种带来的效应二、配子低温冷冻保存技术给家畜育种带来的效应低温冷冻保存精液技术，延长了优秀种公畜的使用年限，拓宽了优良种畜的覆盖面，扩大了优秀种公畜在家畜遗传改良中的作用。冷冻精液的使用，使参加后裔鉴定的公畜与不同地区、不同群体的母畜交配，获得数量更多、分布更广的后代及其测定数据，从而提高对公畜遗传评估的准确性和精确度。利用精液长期冷冻保存技术，可更经济、可靠地实现家畜品种资源的保护。人工控制母畜发情，更准确地掌握母畜的繁殖生理周期，适时输精，大大提高了母畜受胎率。通过同期发情处理，便于实施遗传改良措施。如实施胚胎移植、冷冻精液的输精等，都有必要进行同期发情处理。超数排卵技术的应用，可提高母畜繁殖率。人工促进母畜性早熟，实现提前配种，可缩短世代间隔，加快遗传进展。产后人工催情，缩短母畜胎间距，提高种畜使用效率，从而提高育种效益。三、同期发情、超数排卵与分娩控制三、胚胎移植与MOET核心群育种体系MOET——是超数排卵（MultipleOvulation）与胚胎移植（EmbryoTransfer）是两项相互联系的生物技术的缩写。超排是基础，胚移是手段。人们习惯将两项技术统称为胚胎移植，用“MOET”表示。MOET在家畜育种中可实现的一般效应扩大优秀母畜在畜群遗传改良中的作用。利用胚胎冷冻保存技术，有效地保存家畜品种资源。冷冻胚胎的进出口，消除了家畜品种之间的地理隔离，促进优良种畜的基因交流，加速育种进程。冷冻胚胎的传递，可获得正常情况下难以得到的育种材料。MOET可使一些遗传素质十分优秀，但因繁殖障碍而无法妊娠的母畜延续其在育种中的作用；甚至克服种间隔离，挽救濒危动物。核心群育种体系——基本流程示意图供体母畜（人工授精站）核心公畜群青年公畜群胚胎母畜核心群ET—幼畜♀♂青年家畜性能测定站（测定生长发育性状）生产群MOET♂♀育成生产群核心群卵母细胞采集卵母细胞体外成熟精液预处理体外受精胚胎体外培养与胚胎移植迄今，体外受精在各主要技术环节上的效率还不够高，总体技术水平还未达到应用的要求，胚胎工程学家们正在探索新的技术途径，如供体的活体取卵技术、腔前期或小腔期卵细胞的体外培养技术等。因此，体外受精技术的全面应用尚需一段时间。但仍可预测该技术在家畜育种和生产中广阔的应用前景。四、体外受精（在牛和羊的胚胎生产中得到部分应用）（一）技术步骤：大幅度降低胚胎的生产成本，若与超排技术相结合，可生产更多的可移植胚胎。使优秀母畜产生更多的胚胎和后代，扩大优良基因在群体中的影响；对不小心宰了的优秀个体，还可利用其卵巢，通过体外受精继续在育种上加以利用。在母畜更新率一定的情况下，利用体外受精生产胚胎，可降低种母畜的留种率，提高母畜选择强度，加速群体遗传进展。在同胞测定中，应用体外受精技术可增加同胞数量，提高种畜选择的准确性。（二）体外受精技术的应用前景可实施一头母畜的卵母细胞用不同公畜的精液受精，产生同龄母系半同胞，利用同龄母系半同胞资料估计公畜育种值，将提高估计的准确性。体外受精耗精量少，可充分利用数量稀少而十分珍贵的种公畜的精液。体外受精技术的应用，可打破常规的生产体系，建立新的动物生产模式。如用乳用家畜生产肉用品种。体外受精技术的应用，可为克隆和转基因操作提供大量胚胎。（二）体外受精技术的应用前景（一）性别控制的效应提供更多表现限性经济性状的个体（如母牛、母鸡、雄鹿等），对性别影响生产性能的畜种（如猪、肉牛、家蚕、马等），则能多生产雄性动物，提高动物生产的专门化程度和生产效率。对广泛使用人工授精技术的畜种，公畜饲养量有限，则可通过性别控制增加母畜数量，提高母畜选择强度，加快母畜遗传进展。通过性别控制实现不同阶段对公母比例的需要。在杂交育种中，不同阶段对公母比例的需要不同。如，肉牛杂交育种的初始阶段需要更多的杂种母牛，而在横交固定阶段则需要选育一定数量的公牛，生产群中希望有更多的公牛用于肥育。五、性别控制与胚胎性别鉴定（二）性别鉴定的作用性别鉴定后可对单胎动物实施同性别双胚移植，提高生产效率。性别鉴定是胚胎克隆的必要技术环节。胚胎克隆之前，首先要进行胚胎性别鉴定。五、性别控制与胚胎性别鉴定克隆（Clone）的作用：由克隆获得的个体在遗传上是同质的（不考虑细胞质遗传）或基本同质的，因此克隆技术只能实现基因型的复制，而不能使一个群体的基因库得到创新或扩充。实现克隆的途径：胚胎分割、胚胎细胞中卵裂球细胞核的移植、体细胞的核移植。六、克隆技术胚胎克隆及其应用前景取8-32细胞期的胚胎卵裂细胞核去核的成熟卵子发育成新个体移植电融合、体外或体内培养1、获得更多的胚胎，进一步提高MOET及其核心群育种体系的效率。理论上，一个32细胞期的供体胚胎，经过两次克隆即可得1024个胚胎。2、获得数量很大的遗传同质个体，为遗传效应、参数估计和育种值估计提供更准确的信息，提高估计的精确度。3、在MOET核心群育种体系中，快速建立具有特定基因组合的多个纯系。4、迅速推广胚胎克隆家畜，提高生产总体水平。现阶段，胚胎克隆还有许多技术问题有待研究解决。但可预期，5-10年后这项技术将达到应用水平。其应用的潜在领域有：取体细胞的细胞核去核的成熟卵子发育成新个体移植电融合、体外或体内培养尽管这项技术获得成功的报道屈指可数，达到应用水平的时间也尚难预测，但动物遗传育种学家们仍十分关注这项技术的发展，并潜心研究它对未来家畜遗传育种产生的效应。由于体细胞克隆可产生已知基因个体的复制品，且移植所需细胞核来源不受限制，其意义远大于胚胎克隆。体细胞克隆体细胞克隆的技术难度远大于胚胎克隆。该技术与其它胚胎生物工程技术结合，可建立最佳遗传资源保护模式。如挽救濒危动物、克隆已绝灭了的物种、冷冻保存优秀个体的克隆胚胎等。体细胞克隆获得的遗传同质个体是比胚胎克隆更好的遗传学研究材料。体细胞克隆可最大限度地增加优