畜禽现代育种技术及应用

畜禽现代育种技术及应用主讲人：曹娟育种技术发展阶段家畜的育种工作开始于l8世纪，l900年以前，畜禽的改良完全是以表型选择，即“见好就留”孟德尔经典遗传学发现和建立，群体遗传学和数量遗传学发展，尤其是计算机的普及和应用，使动物重要经济性状的育种从表型值选择进入育种值选择阶段20世纪80年代中后期以来，现代生物技术的出现和各种分子生物技术的应用，使动物育种已开始从群体水平进入分子水平。它可对控制肉、蛋、奶等主要经济性状的主基因进行基因定位，通过参考群体动物用连锁或候选基因法测定数量性状基因座(QTL)的主效基因现代育种技术一、转基因技术二、胚胎工程技术三、动物克隆技术四、分子生物技术一、转基因技术转基因技术就是将外源基因转移到动物受精卵内组成一个新的融合基因，使其在动物体内整合和表达，产生具有新的遗传特性的动物。采用的步骤一般为外源基因的选择外源基因在宿主细胞染色体上的整合外源导入基因在宿主体内的表达对转基因动物的处理。主要方法有：第一,DNA显微注射法；第二，反转录病毒感染法；第三，胚胎干细胞(ES)介导法；第四，精子载体法;第五，染色体片断注射法；第六，电转移法。其中DNA显微注射法是目前最成功的方。利用转基因技术能将动物本身没有的基因整合到动物的基因组中，定向地改造动物的遗传特征，在动物育种上主要应用在以下几个方面：只有想不到，没有做不到！！！转基因动物l、抗病育种利用DNA重组技术，在体外构建出编码着人们期望的有疾病抗性的嵌合基因，导入受精卵，使之在染色体上正确整合，在组织细胞中适当表达，培养出具有期望性状表型的转基因动物新品系。腺苷脱氨酶(adenosinedeaminase,ADA)SevereCombinedImmunodeficiency,重症联合免疫缺陷目前在抗病育种方面已取得了很大成就。1989年，美国生物学家用重组ALV病毒作载体，将有抗A型白血病肉瘤显示基因的外源片段导入机体内，获得了抗ALV鸡的新品系我国工程院院士殷震等将抗病毒基因导入猪，获得抗猪瘟个体美国研究将抗冻蛋白基因导入鲑鱼也获得表达。抗口蹄疫病毒的转基因兔、抗白血病毒的转基因鸡和小鼠、抗伪狂犬病毒的转基因鼠也先后构建成功。2、生产性能的改良通过转基因给畜禽引入新的代谢途径，或通过转基因的产物调整动物的生长发育，改良动物的生产性能。改变奶牛乳的主要成分、提高产乳量和生长速度。如牛奶中奶酪的产量与牛奶中K酪蛋白的含量直接相关，转入一个超量表达的K酪蛋白基因能够增加酪蛋白产量常规育种人工授精生产群体高品质奶基因整合基因转移基因工程细胞筛选随机整合目标基因克隆胚胎细胞融合除去卵核细胞培养未受精卵体细胞卵供体动物核供体动物体细胞克隆无核卵子代孕母亲胚胎移植代孕母亲在猪上，美国伊利诺斯大学研究出一种带牛生长激素的转基因猪，这种猪生长快、体大、饲料利用率高，可给养猪业带来丰厚的经济效益。澳大利亚培育的转基因猪瘦肉率达75％，日增重920g；转基因山羊羊毛增产5％；转基因大马哈鱼生长速度提高11-37倍。3、生产医药制剂的基因工程转基因动物可用来制备基因产品，此种生物叫做生物反应器。利用猪作为生物反应器已成功获得血红蛋白，经检测发现，它与天然的人的血红蛋白性质完全相同。由此可见，在不远的将来，人们就可以用转基因动物生产血红蛋白来辅助输血二、胚胎工程技术在动物方面，对卵细胞(胚胎)进行人工操作和改造而形成的胚胎技术称之为胚胎工程技术1、体外受精技术实现胚胎工厂化生产提高家畜的繁殖率,拯救濒危动物医治人类生育能力缺陷研究哺乳类动物受精及早期胚胎发育胚胎移植技术步入商业化阶段的关键,胎的冷冻保存可以使胚胎移植不受时间、地域限制,简化引种过程,防止疫病传播。2、胚胎冷冻保存家畜育种、濒危动物等遗传资源的保护、动物克隆方面的地位日益重要。目前,利用胚胎冷冻技术能够长期保存小鼠、牛、绵羊、山羊、兔、大鼠、猪、人等的胚胎。3、胚胎分割胚胎分割已应用于奶牛育种和生产上,其目的是生产更多的胚胎及小牛。胚胎的分割一般是一分为二,也有一分为三或一分为四的。用核移植做胚胎克隆,可得到大量的遗传同型胚胎。胚胎分割和克隆动物技术可以使我们获得遗传基础完全相同的动物个体。4、动物胚胎移植主要是通过对优良供体母畜作同期排卵处理和体内胚胎生产或体外人工受精(IVF)的方法,以大量获得优良的动物胚胎后再将其移植给普通代孕受体母牛进行快速繁殖优良动物的生物技术。胚胎移植技术主要用于快速扩大优秀种公牛和核心母牛的数量。目前,胚胎移植在奶牛业已普遍应用。三、动物克隆技术克隆即无性繁殖，是指不通过有性生殖过程由正常的二倍体细胞繁衍后代。1938年，第一位现代胚胎学家、德国的汉斯•斯皮曼博士建议用成熟的细胞核植入卵子的办法进行哺乳动物克隆。1984年，斯蒂恩•威拉德森用胚胎细胞克隆出一只羊。这是第一例得到证实的克隆哺乳动物1995年10月，美国麻省麻醉学家维坎蒂博士利用改良组织工程，令老鼠背上长出人耳，从而使人类能在实验室培育出可向人类移植的皮肤和软骨。1996年7月，英国苏格兰罗斯林研究所成功地用羊乳腺细胞克隆出小绵羊多利。1997年10月，英国专家研制出一个无头的青蛙胚胎，令其有关技术可以制造人类器官以便作为医学移植用途。1999年7月，日本科学家克隆出多头牛，并将其肉类推向市场出售。2000年4月，美国先进细胞工程公司克隆出6头比它们本身实际年龄年轻的小牛。2000年，美国科学家用无性繁殖技术成功克隆出一只猴子泰特拉，这意味着克隆人本身已没有技术障碍。2001年11月25日，美国马萨诸塞州的生物技术公司成功克隆出人类胚胎，不过该公司表示其目的不是为了克隆人，而是为了获得能够用于治疗帕金森综合征和青少年糖尿病等各种疾病的干细胞。1、迅速扩繁同基因型的优秀体自1987年胚胎细胞核移植成功，牛克隆胚胎的重复克隆已达六个世代，并获得第三代克隆牛，由一枚胚胎反复克隆已得到190枚克隆胚胎，母牛繁殖后代可呈几何级数增加。迅速扩繁同基因型的优良种群，从而大幅度提高畜群的生产水平，增加畜产品产量，改善畜产品质量。2、克隆技术是生物育种的捷径传统的动物育种方法是选优劣汰，以选择效应的世代积累实现动物群体的遗传改良。育成一个品种一般需几代到几十代。动物克隆技术把核移植、ES细胞培养MOET育种等现代生物技术相结合，就能迅速提高优良基因及其组合在群体中的频率3、动物克隆是家畜遗传资源保护的有力措施四、分子生物技术随着分子生物学、分子遗传学的迅速发展，以DNA分子标记为核心的各种分子生物技术应运而生。目前常用的有十几种：第一，DNA指纹技术(DNAFinger-print，DFP)第二，限制性片断长度多态性(RestrictionFragmentLengthPolymorphism，RFLP)第三，PCR技术(PolymeraseChainReaction)第四，RAPD技术(RandomAmplifiedPolymorphicDNA)是以基因组DNA为模板，以一个随机的寡核苷酸序列作引物通过PCR扩增反应，产生不连续DNA产物，用以检测DNA序列的多态性。第五，RAPM技术(RandomAmplifiedMicrosatellitePolymorphism)第六，特异性扩增多态性(SpecificAmplifiedPolymorphism，SAP)第七，微卫星DNA标记(MicmsatelliteRepeats)第八，小卫星DNA标记(MinisateUiteDNA)第九，扩增片断长度多态性(AmplifiedFragmentLengthPolymorphism，AFLP)AFLP是先酶切，再用特殊设计的引物进行扩增第十，单链构型多态性标记(Single-StrandConformationPolymorphism，SSCP)这些方法的应用，将大大促进动物分子育种工作的开展。主要应用于以下几个方面：1、构建分子遗传图谱，基因定位目前用DNA分子标记已构建了一些动物的分子遗传图谱，这些图谱将对动物的进一步开发利用提供了重要的基础资料。2、基因的检测、分离和克隆主要经济性状主基因和一些有害基因的检测、分离和克隆。3、亲缘关系的分析DNA分子标记所检测的动物基因组DNA上的差异稳定、真实、客观。可用于品种资源的调查、鉴定和保存，研究生物起源进化，杂交亲本的选择和杂种优势的预测等。4、DNA标记辅助选择利用DNA标记辅助选择是一个很诱人的领域，将给传统的育种工作带来革命性的变化抗感杂杂杂感杂抗感杂抗杂杂抗感分离群体分子标记辅助选择抗性鉴定结果5、性别诊断与控制一些DNA标记与性别有密切关系，有DNA标记只在一个性别中存在。利用这一特点可以制备性别探针，进行性别诊断与控制。由于精子带有X染色体和Y染色体(家畜)或带Z染色体和W染色体(家禽)两种,应用生物技术,能有效地将其分离。X染色体Y染色体6、证身和父系测验如DNA指纹有高度多变性和稳定性，人们已用它作证身和父系测验。7、突变分析由于大部分DNA分子标记符合孟德尔遗传规律，有关后代的DNA带谱可以追溯到双亲。后代中出现而双亲中没出现的带肯定来自于突变。进而可以推算动物在特定条件下的突变率。五、存在的问题与不足现代生物技术虽然已显示出其旺盛的生命力，但其相关技术还很不完善，主要原因是相关基础理论研究十分薄弱。如体外成熟、体外受精及体外培养系统很不完善，细胞核的分离和卵母细胞的去核水平也需提高，转基因的整合机制与基因组重新编程机制尚不清楚，各种分子遗传标记在应用过程中也不够完美。因此，目前该项技术仍以实验室研究为主，要进入实用化阶段尚有漫长的路要走。六、发展前景随着科技的快速发展，研究的不断深入，现代生物技术会不断完善和成熟。因此，在21世纪以现代生物技术为核心的分子育种将成为动物育种的总趋势。可以预见，采用这些现代生物技术育种，必将使选种的准确性更高，育种速度加快，经济性状的生产性能进一步提高，家畜的经济用途更为宽广，在畜牧业发展上作出不可估量的贡献，造福于人类。