——生物技术在动物育种中的应用第十四章 动物育种学新技术本章内容结构图生物技术的概念生物技术的特点生物技术的研究领域在动物育种中的应用
1、用 于提高动物繁殖率
2、用 于改良动物性状
3、用于分子育种在动物生产上的应用
1、建 造生物反应器
2、研 制基因疫苗动物生物技术一、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:
1、从微观上认识和控制生物遗传与繁殖的过程的技术;
2、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。
二、生物技术的特点
生物技术是人类最古老的工程技术之一(传统生物技术)。如在公元前几千年就掌握了酿酒技术,
又如在公元 883-895年,巴比伦人和亚述人就学会了人工授粉。
生物技术是当今人类社会知识经济和产业革命中的高新技术之一(现代生物技术)。
传统生物技术 现代生物技术。发 展三、生物技术的研究领域
细胞工程( Cell technology):
以细胞为研究对象,经细胞融合形成杂种细胞、或用显微注射法等把生物活性物质注入细胞、或用导入基因等方法赋予细胞新的性状,合成特定物质的学科领域。
遗传工程( Genetic engineering):
广义的遗传工程包括细胞工程、染色体工程、细胞器工程等。狭义的遗传工程即是指基因工程。习惯上所讲的遗传工程多指基因工程,指采用工程设计的方法,按照预先设计好的蓝图,借助于实验室技术,将某种生物的基因或基因组转移到另一种生物细胞中,获得带有全新遗传信息的细胞,这一技术操作称为基因工程。遗传工程是生物工程中最重要的组成部分。
酶工程
发酵工程四、生物技术在动物育种中的应用
提高动物繁殖率
改良动物生产性状
分子育种提高动物繁殖率体外培养与体外受精使优秀种公畜获得大量后代迅速提高群体优良基因和基因型频率充分发挥种公畜的生殖潜能,
降低生产成本人工授精技术A I
母畜超数排卵技术冷冻精液,使优秀种公畜的利用不受地域限制冷冻胚胎,为胚胎移植提供保证长期冷冻精液或胚胎保存动物遗传资源冷冻生物技术 体细胞克隆母畜同期发情技术胚胎移植,充分发挥母畜的生殖潜能胚胎分割,
迅速扩大优秀个体的比例胚胎移植与胚胎分割技术提高动物繁殖率人工授精与超排胚移( MOET)技术的推广应用,
为动物育种提供了技术支撑。
人工授精站核心公牛群青年公牛群
MOET核心群育种体系基本流程示意图供体牛胚 胎母 牛核心群
ET— 犊牛
♀ ♂
青年牛性能测定站
(测定生长发育性状)
核心群生产群


MO
ET育成提高动物性能的生物技术转基因技术生产转基因动物精子分离技术 受精环控技术 早期胚胎性别鉴定技术性别控制与胚胎性别鉴定转基因动物克隆技术克隆转基因动物用于分子育种的生物技术用PCR技术检测
RAPD技术用PCR技术检测
RFLP技术用PCR技 术检测
PCR— RFLP
技术
Southen杂交检测DNA指纹
DNA指纹技术用PCR技术检测微卫星标记技术用PCR技术检测
AFLP技术用PCR技术检测
VNTR
可变数目串状重复用DNA芯 片技术快速、大规模检测基因组SNP
SNPs
单核苷酸多态性分子标记技术进行标记辅助选择
QTL定位技术选择数量性状五、生物技术在生产上的应用利用奶畜生产含特种蛋白质的奶利用家禽生产含特种蛋白质的蛋制造生物反应器伪狂犬病基因工程苗伪狂犬病基因缺失苗大肠杆菌基因缺失苗
K88、K89
制造基因疫苗六、我校畜禽生物技术研究情况
从九十年代以来,我们开始从事动物育种领域的分子生物技术研究。主要进行了下述几方面的研究:
— 畜禽(猪、羊、鸡、鹅、兔)遗传多样性研究;
— 鸡生长性状基因位点的分子标记及效应分析;
— 家禽生产性能与分子标记的相关研究;
— 猪氟烷及其标记基因与经济性状的相关研究;
— 猪生长激素基因与生产性能的相关研究;
— 猪高产仔性状的分子标记及效应研究;
— 绵羊新品种重要生产性能 QTL作图研究;
— 家畜腔前卵。
以应用基础研究和应用研究项目立项,先后得到省科技厅,
省教育厅和省畜牧食品局的大力支持,同时进行了该领域的国际合作研究 。
本重点学科的动物遗传改良作为,211”工程重点建设项目,
已投入 500万元,主要购置生物技术仪器设备,现已建立起较先进的动物分子遗传,数量遗传,细胞遗传,胚胎工程及肉品分析实验室 。 已具备系统进行分子生物技术研究的条件 。
动物遗传育种与繁殖重点学科实验室主要研究方向:
畜禽重要经济性状的目的基因定位、分离和克隆
畜禽重要经济性状的标记辅助选择研究
动物重要基因的体外表达研究
转基因动物生物反应器研究猪主要经济性状的分子标记、
QTL定位及基因克隆研究研究系列之一主要研究内容
对已定位的猪主要经济性状基因进行诊断,在育种中实现基因型选择 (如 Hal基因 ).
继续寻找猪主要经济性状的分子遗传标记并加以应用,
利用分子遗传标记 将一些重要 QTL定位到基因组特定染色体区段上,再进行目的基因的分离,克隆或 PCR—RFLP分析,最终实现性状的基因型选择 。
利用 24种限制性内切酶对来自我国 13个省的 21个地方猪品种的线粒体 DNA 限制性酶切片段长度多态性
( mtDNA RFLP)进行了分析研究。研究获得如下结果:
1、中国地方猪种有四种 mtDNA RFLP类型;长白猪有三种
mtDNA RFLP类型,其中一种与中国地方猪种相同。
2、根据 mtDNA RFLP多态性聚类,中国地方猪种与四川野猪的亲缘关系较近,与越南野猪和长白猪的亲缘关系较远。
3、中地方猪种 mtDNA的变异程度较低,说明其遗传多样性比较贫乏,提示中国家猪可能起源于一个共同的祖先。
中国主要地方猪种线粒体 DNA( mtDNA )
遗传多样性及其起源分化研究猪产仔数分子标记及其效应的研究
采用候选基因法,对 ESR,PRLR,FSHR和 RYR1四个基因与猪产仔数间的关系进行了研究;同时选择第八号染色体上的 9 个微卫星进行研究,寻找猪高产仔数的分子遗传标记。通过分析研究,初步确立了三个新的猪产仔数分子标记:
1、雌激素受体基因( ESR)第八外显子内的 ESRB酶切位点
2、促卵泡生长激素受体基因( FSHR)第七外显子的 FSHRB酶切位点
3、猪第八号染色体上的 SWR1101微卫星。
猪产仔数分子标记及其效应的研究
对提高母猪产仔数有利而不影响仔猪生长的分子标记有 5个:
1,ESR基因的 BB基因型;
2,ESRB酶切位点的 AA型;
3,FSHRB酶切位点的 BB型;
4,PRLR基因的 AA基因型;
5,RYR1基因的 BB基因型等。
用这 5个分子遗传标记选择母猪群体窝平产仔数可提高 2.2头。
猪产仔数分子标记及其效应的研究对提高母猪产仔不利的分子标记也有 5个:
1,ESR基因的 AA基因型
2,ESRB酶切位点的 BB型
3,FSHRB酶切位点的 AA型
4,PRLR基因的 BB基因型
5、微卫星 SWR1101的 BD基因型。
猪产仔数分子标记及其效应的研究
第八号染色体上的 9个微卫星在不同猪群中表现出较丰富的多态性。
ESR,ESRA,ESRB,PRLR,RYR1和 FSHRB的
PCR—RFLP在不同猪群中都存在多态性。
PRLR1和 FSHRA酶切位点的 PCR—SSCP无多态性表现。
基因诊断方法的研究与应用基因诊断技术规程的研究。
1,Mg2+浓度对 PCR反应的影响:研究结果表明,
PCR反应中 Mg2+最适浓度随 DNA模板浓度的变化而变化,DNA模板浓度越高,Mg2+ 浓度越大。
2,Taq DNA聚合酶与 dNTPs对 PCR效果的影响
3,PCR反应体系中各组成成份的配比
45.5 40.5 35.5 30.5 25.5 20.5 15.5 10.5 5.5 0.5 Marker
不同 Mg2+浓度对 PCR的影响 ( DNA浓度为 0.68?g/?l)
1543
994
695
515
377
237
-
+
基因诊断技术规程的应用用本实验室制订的基因诊断技术规程,检测了四川省外种猪各选育群及,新荣 Ⅰ 系,核心群等共近
800个样品的氟烷基因型,摸清了氟烷基因在四川省外种猪和,新荣 Ⅰ 系,中的分布。
-
+
PCR扩增产物
-
+
nn NnNN
1543
994
695
515
377
237
Marker
PCR-RFLP
四川省三大外种猪及新荣 Ⅰ 系氟烷基因分布
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
N N?μ?ê N n?μ?ê n n?μ?ê N?μ?ê n?μ?ê
à? é? 3¤°×
μ 3¤°×
3? 3¤°×
′ó
D? èù I?μ
PGH基因全序列 PCR产物
-
+
生长激素基因研究
PGH基因全序列扩增 产物序列分析
扩增序列长度,扩增序列共 2107bP,比预计的扩增片段多了 82bp;
扩增序列多态性:
全序列多态性,与 Vize研究结果相比较,从 -149到 +1870基本相同的连续片段有 2019bp,其中包含所有外显子和内含子 。 这一片段中仅有 57bp差异,完全相同碱基数为 1962bp,同源性达 97.2%。
外显子序列多态性,5个外显子中,第 2外显子有 2处碱基取代,分别为 +368处的 G→A,导致 Arg→Gln,及 +456处的 T→C,为同义取代,编译的氨基酸仍为 Ala,第 5外显子有 1处发生变化,即 +1572
处的 A→G,导致 His→Arg 。 外显子总长度为 648bp,与 Vize研究结果相比,同源性达 99.69%。
内含子序列多态性,与 Vize结果比较,扩增序列比 Vize序列多了 9
个碱基,变异 21个碱基,缺少了 28个碱基 。
PGH基因全序列酶切位点多态性研究
Bst Ⅺ 酶切片段长度多态性
PGH基因全序列 HhaⅠ 酶切片段长度多态性
PGH基因全序列 MspⅠ 酶切片段长度多态性家禽遗传多样性和生产性状基因位点的分子标记及效应研究研究系列之二
1,家禽遗传多样性研究中国主要家鹅品种的遗传多样性及起源分化研究采用 mtDNA RFLP 和 RAPD 技术分析了 16个中国家鹅品种和 2个欧洲家鹅品种及 2个杂交种共 220只个体的核内基因组和核外基因组的多态性 。 是我国首次对鹅在分子水平的研究报道,获得了一系列重要研究成果,其研究水平得到较高评价,论文在畜牧兽医学报发表,并得到多次引用和检索 。
一、已进行的研究及所取得的成果利用微卫星 DNA和 RAPD标记分析家鸡的群体遗传变异选用 10对微卫星引物及 20个 RAPD引物分析了 8个家鸡品种及 2个杂交群体的遗传变异,
两种标记具有丰富的多态性,微卫星 DNA更适合于遗传多样性,遗传图谱构建,基因定位和 QTL连锁分析,并对分子生物技术实验条件进行了有益的摸索 。 该论文在四川大学学报发表,在四川省遗传学会学术研讨会交流,
得到较好评价 。
微卫星标记 M5 PCR扩增及电泳结果
RAPD标记 R93 PCR扩增及电泳结果
1.3000
1.1975
0.89500.7776
0.7066
0.6179 0.8299
0.6795
0.5731
0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
QY
E3
GX
E1
BE
EB
E4
A
B
HU
根据 RAPD分析的 d值绘制出的 10个家鸡群体的聚类图利用微卫星 DNA标记分析四川乌骨鸡种群的遗传多样性利用家禽基因组中的 10个微卫星标记,对四川 6个乌骨鸡种群的等位基因频率,各群体的遗传杂合度,
群体间的遗传距离等进行了分析 。 表明各乌骨鸡群体的遗传多样性较为丰富,并具有较高的选择潜力,
各乌骨鸡种群间有一定的遗传距离 。 研究结果对开发利用我国优良地方鸡种的遗传资源具有重要的参考价值 。 论文将参加中国畜牧兽医学会家禽学分会学术大会交流 。
( 该项研究正在继续进行,是由省科技厅的应用基础项目资助 )
微卫星 MCW0120 扩增产物变性聚丙烯酰胺电泳检测鸡产肉性状基因位点的分子标记及效应分析该研究通过组建 F2 分离群体,构建了鸡
RAPD连锁图谱,用区间作图分析法,对鸡 19种产肉性状基因位点 ( QTL) 进行定位和效应分析 。
连锁图谱包含 32个 RAPD标记,分布于 5个连锁群;
检测到控制 17种产肉性状 QTL35个;检测到 2个控制鸡胫长的主效基因 。 该论文在畜牧兽医学报发表,全国家禽研究会交流,引起同行专家高度重视 。
2,生产性状与分子标记的连锁分析二、目前正在进行的研究及进展
1,丝羽乌骨鸡产蛋性能与分子标记( SSR)的相关分析通过选择与产蛋性能有连锁关系的 SSR标记,
对已进行五个世代选育的丝羽乌骨鸡品系进行相关分析研究,旨在为利用分子标记进行辅助选择打下基础,结合常规方法探索育种新途径 。
目前正在进行实验室分子标记的筛选,已经完成性能资料测定和收集工作,表现出较好的苗头 。
2.鸡饲料转化率与 SSR和 RAPD标记的相关分析该研究利用黄羽肉鸡组建回交一代
( BC1) 分离群体,运用微卫星 DNA多态性和随机扩增多态性来研究分子标记与饲料转化率之间的相关关系,为下一步的 QTL定位和标记辅助选择提供依据 。 目前实验室工作进展良好,鸡群性能资料可靠,可望获得重要的进展 。
3,黄羽肉鸡个体微卫星和 RAPD多态性与杂种优势预测研究通过微卫星 DNA和 RAPD多态性研究方法,选取数个与生产性能有连锁关系的分子标记,对个体在位点上的异同进行分析,并计算父本与母本个体间的遗传距离,并寻找特征性条带,
通过遗传距离以及条带频率与杂种优势的相关分析,探索杂交亲本选配和杂种优势预测的可行性 。 目前已获得较好的扩增结果,正在进行电泳条带的分析和资料的处理 。
中国半细毛羊新品种重要生产性能 QTL作图研究四川农业大学动物 科技学院 吴登俊 教授 与德国慕尼黑大学动物分子遗传育种研究所费斯特教授 ( Prof.Dr.Dr,M,Foerster)合作研究该项目目前获德国 BMBF资助 (CHN/316)。
系列研究之三研究目标,
建立检测半细毛羊重要经济性能如羊毛品质,羊毛细度,羊毛长度,羊毛强度和产毛量以及生长发育等性状 QTL的 DNA
微卫星标记的遗传连锁图谱并将其中一些重要 QTL定位到基因组特定染色体区段上 。
主要研究内容和进展
1,建立半细毛羊基因组 DNA微卫星标记的资源参考家系 DNA样本库 。 主要材料为国内新培育成功的 48-50半细毛羊品种 。
目前已经采集保存 和分析 DNA样本 800多头份 。
2,研究用于检测半细毛羊羊毛品质性状 QTL
的 DNA微卫星标记体系 。
目前已经完成 4条所选择染色体上的 50余个微卫星标记 (600头绵羊个体 )的近 3万余个基因型实验室检测 (使用 ABI遗传分析技术 )。
ABI遗传分析程序检测微卫星标记图谱图中共有 7个微卫星标记,获得 PCR产品后,
用 ABI遗传分析技术 20
分钟获得的结果。该图谱还可进行群体的精确系谱鉴定,即通常讲的亲子鉴定。该技术还可以用以进行遗传病的基因诊断。
目前正在研究一次获得
20个以上标记的程序,
已经通过初步实验。
3,通过检测选出的 DNA微卫星标记与羊毛品质性状和生长发育性能 QTL连锁分析,构建 QTL半细毛羊基因组遗传连锁图 。 为进一步进行物理定位和进行 MAS打下基础 。
该项研究正在与德国慕尼黑大学动物分子遗传育种研究所合作进行中 。
进一步研究,
将通过该研究初步定位的 QTL进行精确定位 (fine
maping),用所发现的与之连锁的微卫星标记进行重要经济性状 (如产毛量,日增重等 ) QTL的选择育种,
加快育种对象的遗传进展 。
研究发展微卫星标记基因型快速检测技术程序 。