第十三章
生物技术
在家畜育种中的应用
?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，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
题的技术
?是以生命科学研究成就为基础的综合性技术
第一节 生物技术的概念
?生物技术的定义
生物技术的特点
?生物技术是人类最古老的工程技术之一
?生物技术是产业革命和知识经济中的高新技术
?新生物技术，一方面大大地提高了基因突变发生
的概率，另一方面也缩短了长期的生物进化过程
━ 大部分过程在常温常压下进行，节约资源和能源
━ 不需要大量的附加设备，节省费用，减少污染
━ 生物资源具有可循环性
?新生物技术的优越性
━ 基因工程技术
━ 细胞工程技术
━ 酶工程技术
━ 发酵工程技术
生物工程的主要部分
对生物技术的认识和应用
?克服神秘感
?避免庸俗化
?摆正传统技术与生物技术的关系
?科学地应用策略
动物繁殖学技术
嵌合体的制备
核移植及细胞克隆
外受精卵母细胞体外培养与体
胚胎性别鉴定
胚胎低温冷冻保存
胚胎移植
超数排卵
诱发发情和控制分娩
精子分离、
精液低温冷冻保存
人工授精
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??????????????
YX
分子遗传学技术
生物反应器
转基因动物的制备
基因在微生物中的表达
转基因技术
建立基因克隆与基因文库的
基因诊断
基因组分析
析基因的结构与功能的分
细胞遗传学技术染色体鉴别与判型
植与重组染色体及染色体片段移
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???????????????????
???????????????
家
畜
生
物
技
术
动物繁殖学技术
嵌合体的制备
核移植及细胞克隆
外受精卵母细胞体外培养与体
胚胎性别鉴定
胚胎低温冷冻保存
胚胎移植
超数排卵
诱发发情和控制分娩
精子分离、
精液低温冷冻保存
人工授精
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??????????????
YX
家
畜
繁
殖
生
物
技
术
分子遗传学技术
生物反应器
转基因动物的制备
基因在微生物中的表达
转基因技术
建立基因克隆与基因文库的
基因诊断
基因组分析
析基因的结构与功能的分
细胞遗传学技术染色体鉴别与判型
植与重组染色体及染色体片段移
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???????????????????
???????????????
家畜分子生物技术
第二节 分子遗传学技术
及其在家畜育种中的应用
基本概念
?QTL
?Quantitative Trait Locus (Loci) = 数量性
状基因座
?对数量性状产生影响的 基因座 或 基因 簇 （染
色体片段）
?标记 QTL
?利用（分子）遗传标记，通过标记 -QTL连锁分
析（基因组扫描）被检测出并被定位的 QTL
基本概念
?主效基因（ Major Gene）
?有较大效应且可以直接测定其基因型的 QTL
?MAS
?Marker-Assisted Selection = 标记辅助选择
?借助（分子）遗传标记信息选择种用个体（个
体遗传评定）
经典 的 数量遗传学选择方法
多基因模型 是在 遗传黑箱 中工作
基因型
多基因模型
表型值 育种值
估计值
亲属表型值
环境
经典 的数量性状选择方法
?以微效多基因模型为基础
?将基因的作用作为一个整体（黑箱）考虑
?利用表型和系谱信息
?动物模型 BLUP
?虽然取得了巨大成就，但是 ??
?理论上有缺陷
?实践中有的情况下效果不理想
分子遗传学给我们带来了什么？
?大量的分子遗传标记
?高度多态
?覆盖整个基因组
?测定不受年龄、性别和环境的影响
?共显性（大部分）
分子遗传学与数量遗传学相结合
未知基因
（黑箱）
侯选基因分析 标记 -QTL连锁分析
标记 QTL
主 效基因
标记辅助选择（ MAS）
基因辅助选择（ GAS）
MAS的优越性
?增加遗传评定的准确性
?进行早期遗传评定
?减少遗传评定的成本
?获得更大的遗传进展和育种效益
在猪上已被发现的标记 QTL
?生长速度和背膘
?第 4,6,7,13染色体
?肉质
?第 4,7染色体
?产仔数
?第 8染色体
?抗病性状
?第 6,7染色体 (Rothschild,1998)
在猪上已发现的主效基因
(Rothschild,1998)
MAS的基本策略 - I
?保持现行的育种方案，但同时利用标记信息、
表型信息和系谱信息对个体进行遗传评定
提高遗传评定的准确性！
MAS的基本策略 - II
?两阶段选择
基因型选择
EBV选择
第一阶段：
(生产性能
测定之前 )
第二阶段：
(生产性能
测定之后 )
利用标记或
主基因信息
利用表型和
系谱信息
降低育种成本！
性能测定
MAS的基本策略 - III
?早期选择
选 择
基因型信息
亲代信息 同胞信息
缩短世代间隔！
繁殖生物技术
+
影响 MAS相对效率的主要因素
?QTL效应大小
?QTL与标记及标记与标记间的连锁程度
?MAS的应用策略
?选择的世代数
?性状的性质
?遗传力
?是否限性
?测定的难易程度
?是否连续分布
MAS应用中的潜在问题
?测定标记基因型及分析 QTL的成本
━ 现阶段仍然是应用 MAS的主要障碍之一
━ 随着新的测定技术（如 PCR,DNA芯片）和分析
方法的不断出现，这个障碍将被克服
?检测 QTL与实施 MAS的时间差
━ 远交群体中检测 QTL通常需要 2∽3 代的资料
━ 在实施 MAS的群体中 QTL的等位基因频率可能已
经发生变化
MAS应用中的潜在问题
?短期选择与长期选择
?MAS的效益随着选择世代数的增加而下降
有必要在长期育种方案中使用 MAS
吗？
如果能不断地发现新的 QTL
结论,MAS将为家畜遗传改良提供更美
好的前景 !!!
第三节 繁殖生物技术
在家畜育种中的应用
动物繁殖学技术
嵌合体的制备
核移植及细胞克隆
外受精卵母细胞体外培养与体
胚胎性别鉴定
胚胎低温冷冻保存
胚胎移植
超数排卵
诱发发情和控制分娩
精子分离、
精液低温冷冻保存
人工授精
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??????????????
YX
家
畜
繁
殖
生
物
技
术
（ MO）
（ ET）
━ 使优秀种公畜获得大量的后代
━ 使优秀种公畜的使用不受时间和地域的限制
━ 种公畜可以承担更多头母畜的配种任务
━ 使公畜遗传评定更准确
━ 可更经济可靠地实现家畜品种资源保护
人工授精技术 的应用领域
细管冻精分装机
0.25ml或 0.5ml/支
人工授精 (AI) 育种体系
━ 在畜群中大规模地使用人工授精技术
━ 在畜群中实施旨在获得后备种公畜的
,定向选配,
━ 通过严格的遗传评定选择优秀种公畜
━ 在育种群和生产群中全面地使用, 经
验证的种公畜,
?人工授精 已经成为最重要的家畜育种技术
生产群 育
种
群
DHI
种子母牛
生长发育
性能测定
选择 ♂
测验公牛
精液保存
待定
公牛
公牛父亲
母牛父亲
选
择
淘汰
奶牛良种 AI繁育体系
♂
人
工
授
精
美国总产奶量的变化
美国奶牛群体规模的变化
美国奶牛平均产奶量的变化
?使 优秀母畜 能较早地获得较多的后代
?用于珍贵遗传物质的长期 保存
?实现种畜遗传物质的跨国界 交换
?对繁殖障碍的母畜使其获得后代
?在 小规模 的母畜群中, 实施特殊育种措施
?提早 实现种公畜的遗传评定
胚胎移植 技术应用领域
MOET育种核心群技术路线
MOET使母牛获得, 全同胞,
组
?使用全同胞信息，可不使用后裔测定，
而获得较理想的选择准确性
?降低胚胎的生产成本
?使优秀母畜可生产更多的胚胎和后代
?降低种母畜的留种率，提高母畜的选择强度
?提高 MOET核心群育种方案的效率
?可以充分利用数量稀少而十分珍贵的精液
?建立新的动物生产模式
?工厂化生产胚胎的基础技术
?产生同龄母系半同胞组，将提高估计的准确性
体外受精技术的应用领域
?提高具有 限性性状 畜种生产专门化程度
?通过性别控制增加生产中母畜头数
?杂交育种方案中, 灵活地应用性别控制技术
?可以实施一头受体母牛移植两枚胚胎
?胚胎克隆技术实施前，需先进行性别鉴定
性别控制的应用领域
胚
胎
分
割
?提高胚胎移植的效率
?获得数量很大的遗传同质同卵多 (双 )胎个体
?遗传同质个体是遗传学研究试验材料
?利用同卵双生子可提高选种的准确性
?快速建立多个具有特定基因组合的纯系
胚胎分割与胚胎细胞克隆的
应用领域
━ 建立最佳遗传资源保护模式
━ 增加高产优秀个体的, 复制品, 数量
━ 遗传同质群体便于标准化生产
━ 遗传同质动物是最好的试验材料
━ 为发展其它生物技术提供了最佳手段
体细胞克隆技术的应用领域
转
基
因
动
物
转基因 技术的应用
?可大大改进生产性能
?可实现抗病育种
?产生新的代谢途径, 从而提高其生产性能
?可改进动物产品的质量
?可使奶牛或奶山羊获得乳腺生物反应器
?建立毒理试验的动物模型
?在人类医学研究中也有广阔的由于领域
生物技术
在家畜育种中的应用
?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，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
题的技术
?是以生命科学研究成就为基础的综合性技术
第一节 生物技术的概念
?生物技术的定义
生物技术的特点
?生物技术是人类最古老的工程技术之一
?生物技术是产业革命和知识经济中的高新技术
?新生物技术，一方面大大地提高了基因突变发生
的概率，另一方面也缩短了长期的生物进化过程
━ 大部分过程在常温常压下进行，节约资源和能源
━ 不需要大量的附加设备，节省费用，减少污染
━ 生物资源具有可循环性
?新生物技术的优越性
━ 基因工程技术
━ 细胞工程技术
━ 酶工程技术
━ 发酵工程技术
生物工程的主要部分
对生物技术的认识和应用
?克服神秘感
?避免庸俗化
?摆正传统技术与生物技术的关系
?科学地应用策略
动物繁殖学技术
嵌合体的制备
核移植及细胞克隆
外受精卵母细胞体外培养与体
胚胎性别鉴定
胚胎低温冷冻保存
胚胎移植
超数排卵
诱发发情和控制分娩
精子分离、
精液低温冷冻保存
人工授精
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??????????????
YX
分子遗传学技术
生物反应器
转基因动物的制备
基因在微生物中的表达
转基因技术
建立基因克隆与基因文库的
基因诊断
基因组分析
析基因的结构与功能的分
细胞遗传学技术染色体鉴别与判型
植与重组染色体及染色体片段移
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???????????????????
???????????????
家
畜
生
物
技
术
动物繁殖学技术
嵌合体的制备
核移植及细胞克隆
外受精卵母细胞体外培养与体
胚胎性别鉴定
胚胎低温冷冻保存
胚胎移植
超数排卵
诱发发情和控制分娩
精子分离、
精液低温冷冻保存
人工授精
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??????????????
YX
家
畜
繁
殖
生
物
技
术
分子遗传学技术
生物反应器
转基因动物的制备
基因在微生物中的表达
转基因技术
建立基因克隆与基因文库的
基因诊断
基因组分析
析基因的结构与功能的分
细胞遗传学技术染色体鉴别与判型
植与重组染色体及染色体片段移
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???????????????????
???????????????
家畜分子生物技术
第二节 分子遗传学技术
及其在家畜育种中的应用
基本概念
?QTL
?Quantitative Trait Locus (Loci) = 数量性
状基因座
?对数量性状产生影响的 基因座 或 基因 簇 （染
色体片段）
?标记 QTL
?利用（分子）遗传标记，通过标记 -QTL连锁分
析（基因组扫描）被检测出并被定位的 QTL
基本概念
?主效基因（ Major Gene）
?有较大效应且可以直接测定其基因型的 QTL
?MAS
?Marker-Assisted Selection = 标记辅助选择
?借助（分子）遗传标记信息选择种用个体（个
体遗传评定）
经典 的 数量遗传学选择方法
多基因模型 是在 遗传黑箱 中工作
基因型
多基因模型
表型值 育种值
估计值
亲属表型值
环境
经典 的数量性状选择方法
?以微效多基因模型为基础
?将基因的作用作为一个整体（黑箱）考虑
?利用表型和系谱信息
?动物模型 BLUP
?虽然取得了巨大成就，但是 ??
?理论上有缺陷
?实践中有的情况下效果不理想
分子遗传学给我们带来了什么？
?大量的分子遗传标记
?高度多态
?覆盖整个基因组
?测定不受年龄、性别和环境的影响
?共显性（大部分）
分子遗传学与数量遗传学相结合
未知基因
（黑箱）
侯选基因分析 标记 -QTL连锁分析
标记 QTL
主 效基因
标记辅助选择（ MAS）
基因辅助选择（ GAS）
MAS的优越性
?增加遗传评定的准确性
?进行早期遗传评定
?减少遗传评定的成本
?获得更大的遗传进展和育种效益
在猪上已被发现的标记 QTL
?生长速度和背膘
?第 4,6,7,13染色体
?肉质
?第 4,7染色体
?产仔数
?第 8染色体
?抗病性状
?第 6,7染色体 (Rothschild,1998)
在猪上已发现的主效基因
(Rothschild,1998)
MAS的基本策略 - I
?保持现行的育种方案，但同时利用标记信息、
表型信息和系谱信息对个体进行遗传评定
提高遗传评定的准确性！
MAS的基本策略 - II
?两阶段选择
基因型选择
EBV选择
第一阶段：
(生产性能
测定之前 )
第二阶段：
(生产性能
测定之后 )
利用标记或
主基因信息
利用表型和
系谱信息
降低育种成本！
性能测定
MAS的基本策略 - III
?早期选择
选 择
基因型信息
亲代信息 同胞信息
缩短世代间隔！
繁殖生物技术
+
影响 MAS相对效率的主要因素
?QTL效应大小
?QTL与标记及标记与标记间的连锁程度
?MAS的应用策略
?选择的世代数
?性状的性质
?遗传力
?是否限性
?测定的难易程度
?是否连续分布
MAS应用中的潜在问题
?测定标记基因型及分析 QTL的成本
━ 现阶段仍然是应用 MAS的主要障碍之一
━ 随着新的测定技术（如 PCR,DNA芯片）和分析
方法的不断出现，这个障碍将被克服
?检测 QTL与实施 MAS的时间差
━ 远交群体中检测 QTL通常需要 2∽3 代的资料
━ 在实施 MAS的群体中 QTL的等位基因频率可能已
经发生变化
MAS应用中的潜在问题
?短期选择与长期选择
?MAS的效益随着选择世代数的增加而下降
有必要在长期育种方案中使用 MAS
吗？
如果能不断地发现新的 QTL
结论,MAS将为家畜遗传改良提供更美
好的前景 !!!
第三节 繁殖生物技术
在家畜育种中的应用
动物繁殖学技术
嵌合体的制备
核移植及细胞克隆
外受精卵母细胞体外培养与体
胚胎性别鉴定
胚胎低温冷冻保存
胚胎移植
超数排卵
诱发发情和控制分娩
精子分离、
精液低温冷冻保存
人工授精
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??????????????
YX
家
畜
繁
殖
生
物
技
术
（ MO）
（ ET）
━ 使优秀种公畜获得大量的后代
━ 使优秀种公畜的使用不受时间和地域的限制
━ 种公畜可以承担更多头母畜的配种任务
━ 使公畜遗传评定更准确
━ 可更经济可靠地实现家畜品种资源保护
人工授精技术 的应用领域
细管冻精分装机
0.25ml或 0.5ml/支
人工授精 (AI) 育种体系
━ 在畜群中大规模地使用人工授精技术
━ 在畜群中实施旨在获得后备种公畜的
,定向选配,
━ 通过严格的遗传评定选择优秀种公畜
━ 在育种群和生产群中全面地使用, 经
验证的种公畜,
?人工授精 已经成为最重要的家畜育种技术
生产群 育
种
群
DHI
种子母牛
生长发育
性能测定
选择 ♂
测验公牛
精液保存
待定
公牛
公牛父亲
母牛父亲
选
择
淘汰
奶牛良种 AI繁育体系
♂
人
工
授
精
美国总产奶量的变化
美国奶牛群体规模的变化
美国奶牛平均产奶量的变化
?使 优秀母畜 能较早地获得较多的后代
?用于珍贵遗传物质的长期 保存
?实现种畜遗传物质的跨国界 交换
?对繁殖障碍的母畜使其获得后代
?在 小规模 的母畜群中, 实施特殊育种措施
?提早 实现种公畜的遗传评定
胚胎移植 技术应用领域
MOET育种核心群技术路线
MOET使母牛获得, 全同胞,
组
?使用全同胞信息，可不使用后裔测定，
而获得较理想的选择准确性
?降低胚胎的生产成本
?使优秀母畜可生产更多的胚胎和后代
?降低种母畜的留种率，提高母畜的选择强度
?提高 MOET核心群育种方案的效率
?可以充分利用数量稀少而十分珍贵的精液
?建立新的动物生产模式
?工厂化生产胚胎的基础技术
?产生同龄母系半同胞组，将提高估计的准确性
体外受精技术的应用领域
?提高具有 限性性状 畜种生产专门化程度
?通过性别控制增加生产中母畜头数
?杂交育种方案中, 灵活地应用性别控制技术
?可以实施一头受体母牛移植两枚胚胎
?胚胎克隆技术实施前，需先进行性别鉴定
性别控制的应用领域
胚
胎
分
割
?提高胚胎移植的效率
?获得数量很大的遗传同质同卵多 (双 )胎个体
?遗传同质个体是遗传学研究试验材料
?利用同卵双生子可提高选种的准确性
?快速建立多个具有特定基因组合的纯系
胚胎分割与胚胎细胞克隆的
应用领域
━ 建立最佳遗传资源保护模式
━ 增加高产优秀个体的, 复制品, 数量
━ 遗传同质群体便于标准化生产
━ 遗传同质动物是最好的试验材料
━ 为发展其它生物技术提供了最佳手段
体细胞克隆技术的应用领域
转
基
因
动
物
转基因 技术的应用
?可大大改进生产性能
?可实现抗病育种
?产生新的代谢途径, 从而提高其生产性能
?可改进动物产品的质量
?可使奶牛或奶山羊获得乳腺生物反应器
?建立毒理试验的动物模型
?在人类医学研究中也有广阔的由于领域
