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遗传标记

家畜体内受基因控制的全部可变异性状,并可用有效方法加以测定和度量。在畜禽育种中应用遗传标记选种有很长的历史。早期是以外形外貌为标记,促使品种外貌达到一致性,以及通过外貌标记来选择优良畜禽,已得到一定的效果。但经过许多年的研究证明,这些标记与畜禽重要经济性状的遗传相关是很低的。

家畜体内受基因控制的全部可变异性状,并可用有效方法加以测定和度量。在畜禽育种中应用遗传标记选种有很长的历史。早期是以外形外貌为标记,促使品种外貌达到一致性,以及通过外貌标记来选择优良畜禽,已得到一定的效果。但经过许多年的研究证明,这些标记与畜禽重要经济性状的遗传相关是很低的。20世纪60年代,许多育种者对畜禽血液、体液和组织中的红细胞、白细胞、蛋白、酶、激素、代谢物等受基因控制的全部可变异性状进行了广泛的研究。这些可变性状,可以分为受单基因或少数基因所控制的质量遗传标记和受微效多基因所控制的数量遗传标记、血液中红细胞型及白细胞型为红细胞膜和白细胞膜上的质量遗传标记、血液中的蛋白、酶及细胞中DNA的多态性,是红细胞、白细胞、血浆内部和DNA的质量遗传标记(见血型生化多态性)。激素、代谢物的浓度、酶的活性等生理学性状,为血液、体液及组织中受多基因控制的数量遗传标记,或称指示性状(indicator traits)和标记性状(marker traits)。当前在家畜育种中,筛选遗传标记的目的是应用于选种工作,因此要求“标记”必须具有简单的孟德尔氏质量遗传或遗传力高的数量遗传性状,与经济性状有较高的遗传相关,测定方法简单,重复率高,可以在生命早期表现出来,并不受性别限制。要达到这些目标,对已发现的遗传标记必须进行筛选,凡符合上述条件者,方可作为标记应用于选种中(图1)。由于畜禽的重要经济性状大都属于数量性状,因此对与数量性状有关标记的筛选和应用,就显得更为重要。

图1 可用于畜禽选种的遗传标记筛选方法

脱氮核糖核酸(DNA)多态性

用限制性内切酶对DNA进行切割,产生不同长度的限制性核苷酸片段,通常称为限制性内切酶酶切片段长度多态性(Re-striction Fragment Length Polymorphism),简称RFLP。这些片段可因核苷酸的替代、插入或缺失而有改变。不同的核苷酸片段其分子结构、分子量、电荷以及其他物理特性均不相同。目前已经证明RFLP与数量性状的关系密切,因此用于对家畜生产性能等数量性状的选择是很有前途的。RFLP作为遗传标记的优点:①数量多并普遍存在;②遗传稳定;③以共显性形式表达,并常为复等位基因;④不受环境的影响,通常对经济性状缺乏一基因多效的作用;⑤可以在任何组织中制备,最适宜是在白细胞中制作;⑥样本可以长期保存。其缺点是:①费劳力;②材料昂贵。目前奶牛中一些位点的RFLP多态性已被发现,其中对产奶量有直接影响的有生长激素位点及催乳激素位点,有间接影响的有主要组织相容性复合体免疫蛋白位点。在多数情况下,在每个位点有一个以上的等位基因。利用RFLP的选择方法需要鉴定主要的标记基因。已经知道,在主位点的影响下,很明显地可以抵抗某种疾病,标记可能只限一个,对多基因影响的生产性能或疾病则可能有一系列的标记物,这一系列的标记物称为数量性状位点(QTL)。要进行综合的标记物辅助选择(MAS),就必须识别QTL,检测与数量性状位点连锁RFLP的可能性,比检测对经济性状有直接影响的RFLP的可能性大得多。QTL比传统选育方案成本低,比单个标记物选择更安全,更全面,提高了遗传进展。这种选种方法,是把数量性状分解为几个不连续的孟德尔遗传因子,目前已能用RFLP识别数量性状的几个QTL。这个方法在家畜经济性状和抗病能力方面,是很有前途的。如果已确定某一个RFLP位点与QTL之间连锁,则可利用以下方式。

标记辅助导入

Marker-assisted Introgression,MAI

此法是当某一提供品种具有较高价值的独特性状、接受品种有较高的经济价值时应用。目前正采用RFLP辅助导入方式,将西非达摩牛抗锥虫基因导入敏感的瘤牛中。

标记辅助选择

Marker-assisted Selection,MAS

是以标记基因与数量性状位点基因之间的连锁为基础进行选择。此法有利于进行群体内的选择。当生统方法不能取得满意的选择进展,单个种畜可产生大量后代和总的生产价值高时才应用。MAS在选择乳用公牛时采用此法较为有利。

细胞中的染色体

染色体的变异也可作为遗传标记在畜禽育种中应用,在奶牛中主要用以解释某些繁殖问题的原因。一些着丝融合的易位已被检出,知道最多的是1/29易位,全世界至少已有30个不同牛品种发现有易位现象,这种易位的异质体在56天的不返情率,公牛降低4.6%,母牛降低6%,而且异质体公牛的女儿在牛群中的淘汰率也增加。细胞遗传学的研究可以说明家畜的睾丸和卵巢发育不全病例出现的原因。已经观察到染色体的畸形与一些先天性的异常有关,如致死、短颌、侏儒以及肌肉发育不全。牛胚胎在移植到受体前可以分析染色体来决定胚胎性别。染色体的分带技术,已可鉴别每个染色体之间的差异。已有报道,在牛中至少有8对染色体的C带,其形状、大小都有重要变异。所以每头牛可能有自己的C带类型及有一个细胞遗传型。在鸡中已经证明,胚胎在孵化期死亡是由于染色体畸变的原因。

血液代谢物

高产奶牛在停食时,血浆中的尿素氮较低,但游离脂肪酸高,同时对这两项指标的测定,不受年龄及性别限制。奶牛血清中碱性磷酸酶、肌酸酐、尿酸及钾的水平与生产性能间的遗传相关都很高(表1)。牛血液中某些代谢物具有较高的遗传力,与生长速率之间的遗传相关及重复率都较高(表2)。

在肉鸡血浆中三酸甘油脂的水平与体脂呈正相关(rA=0.39)。猪红血球谷胱甘肽过氧化物酶(GSH—PX)的活性与猪的白痢及肺部等传染病有关(表3)。北京鸭血清中三酸甘油脂的水平与肌肉率有关(rA=-0.86),遗传力为0.68,重复率为0.613。

表1 牛血液代谢物与生产性能的遗传相关及遗传力

表2 荷斯坦公牛血液中某些代谢物的遗传力、重复率及与生长速率的遗传相关

表3 猪生长GSH—Px活性与发病的关系

肌酸磷酸酶(CPK)与猪的应激敏感性有关,对氟烧有反应的猪,CPK的水平高,因此都可用于辅助选择。

组织中的酶

根据猪背部脂肪组织中与脂肪形成有关的酶总活性的高低来选择瘦肉型猪是最典型的实例。发现猪在90日龄、120日龄活体背膘样本中的苹果酸脱氢酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶的总活性,遗传力为0.44±0.12,总活性与背膘厚度的遗传相关为0.74±0.16。根据酶活性结合生长速率及背膘厚度进行选择,高活性组背膘厚度为42.2毫米,低活性组背膘厚度为21.8毫米,这为培育瘦肉猪创造出一个新途径。

血液中的激素

绵羊中具有高繁殖性能的母羊品系,在幼龄时血浆中促性腺激素的水平高于低繁殖品系。因此采用了在10周龄时对羔羊注射5微克促黄体释放激素,注射后30分钟、50分钟、70分钟测定所释放出的促黄体激素的浓度(纳克/毫升),浓度高的繁殖力也高,遗传力为0.33。在奶牛中生长激素已可作为选择产奶量的遗传标记,对泌乳母牛喂以外源生长激素,可以提高产奶量10%~20%。外源生长激素的影响,主要是将营养物大部分直接用于产奶,而且血浆中生长激素浓度高的母牛,产奶量也高,高育种值犊牛血浆中生长激素浓度高于低育种值犊牛,特别是在停食期差异更为明显,但变化较大。近年来采用诱导生长激素释放的方法,促使脑下垂体前叶的生长激素细胞释放出生长激素。诱导的释放量,生产性能高的犊牛高于产量低的犊牛,其差异公牛大于母犊,性成熟的犊牛(9月龄)大于性成熟前的犊牛。但诱导释放的关键,在于用药的剂量。乳用价值低的犊牛比乳用价值高的犊牛有较高的胰岛素反应。但在停食期间高育种值组的胰岛素平均浓度,显著高于低育种值组。用甲状腺降解率(TDR)预测青年公牛的产奶性能也是有效的。测定怀孕母牛血浆中胎盘催乳激素的水平,可以预测公犊牛将来对其后代女儿的产奶能力。