畜禽育種目標(biāo)和方法

1、育種目標(biāo)與方法,各種因素對(duì)畜牧業(yè)的相對(duì)貢獻(xiàn)率,育種技術(shù)：選擇、雜交、繁育體系.......最根本的是選擇（選種）。選種的關(guān)鍵是準(zhǔn)確性任何選種方法都是對(duì)“真值”的估計(jì),家畜育種的特點(diǎn),—家畜是雌雄異體交配繁殖的動(dòng)物—大部分畜種的世代間隔長(zhǎng)，繁殖率較低—家畜沒(méi)必要，也不可能象作物那樣，不斷地培育新品種—家畜育種工作的主要任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有的優(yōu)良品種系統(tǒng)地選育提高,影響遺傳改良效果的因素,評(píng)價(jià)純種選育效率的指標(biāo)是遺傳進(jìn)展,

2、,All heritable traits will respond to selection choosing some animals to be parents of the next generation, while denying other animals the opportunity, through castration, culling culling etc.,中國(guó)小反芻動(dòng)物育種方向,—具有特殊價(jià)值的品種

3、，像灘羊、湖羊、中衛(wèi)山羊、濟(jì)寧青山羊、絨山羊等，在保持和提高其固有的特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)可增效性狀，如產(chǎn)羔率、羔羊產(chǎn)肉力加大選擇強(qiáng)度，綜合提高品種的生產(chǎn)水平和經(jīng)濟(jì)效益—普通品種，向產(chǎn)肉體型選育是今后育種工作的重點(diǎn)—高繁特性分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究和高繁品系培育、產(chǎn)品品質(zhì)和抗?。婢常┭芯恳约叭庥醚蚺涮紫颠x育,從伯樂(lè)相馬到基因診斷盒,表型或表型值選種 ↓ 育種參數(shù) 育種值選種 ↓遺傳

4、標(biāo)記 標(biāo)記輔助選擇 ↓基因操作 分子育種,基因的結(jié)構(gòu)與功能,基因 是控制生物遺傳性狀的基本單位, 每個(gè)基因都是有4種簡(jiǎn)單的脫氧核糖核苷酸 按一定的順序排列所組成的 ;基因不僅可以通過(guò)復(fù)制把遺傳信息傳遞給下 一代，同時(shí)使遺傳信息得到表達(dá);生物發(fā)育、生殖、生長(zhǎng)、疾病、衰老、死亡 及精神、行為等都不同程度地與基因有關(guān)。基因組 決定一個(gè)物種生、老、病、死等一切生命現(xiàn)象 的遺傳信息總

5、和稱為基因組。,,EST、SNP(動(dòng)物基因組)生物信息學(xué)基因分析 DNA 芯片侯選基因鑒定 基因構(gòu)建 侯選基因確認(rèn) 轉(zhuǎn)基因 性狀操作 輔助選擇 基因型與表現(xiàn)型 相關(guān)分析 種質(zhì) 表現(xiàn)型選擇

6、 新產(chǎn)品,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,QTL與分子標(biāo)記輔助育種,動(dòng)物基因組中約有30億個(gè)堿基對(duì)，5~10萬(wàn)個(gè)基因，其中1萬(wàn)個(gè)基因與生產(chǎn)性狀有關(guān)，但影響主要生產(chǎn)性狀的主效基因數(shù)量不會(huì)超過(guò)1000個(gè)。這是動(dòng)物遺傳育種研究的重點(diǎn)，也是國(guó)際上基因知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)。 嚴(yán)格地說(shuō)，DNA標(biāo)記和QTL是有區(qū)別的。只有當(dāng)DNA標(biāo)記和所標(biāo)記的數(shù)量性狀完全連鎖時(shí)，標(biāo)記才是該數(shù)量性狀的QTL。,1.大量的QTL

7、被定位 從H.Geldermann(1975)提出數(shù)量性狀基因座（QTL）以來(lái)已經(jīng)36年了。,表1 畜禽主要性狀已定位的QTL數(shù)量（吳常信 講座，2010）,已定位QTL數(shù)量最多的幾個(gè)性狀（吳常信 講座，2010）,應(yīng)激綜合癥基因（PSS 氟烷敏感）（Smith &Bampton ，1977）矮小基因（Merat&Ricard，1974)綿羊多胎基因（F Piper&Bindon，1982）雙肌基因

8、（Rollins等，1972),影響數(shù)量性狀的主效基因,2.為什么已定位的QTL很多，但在育種中能應(yīng)用的卻很少？ —所定位的QTL是染色體的一個(gè)區(qū)間，中間還可能涉及多個(gè)基因； —QTL或標(biāo)記與性狀的連鎖程度不確定； —不同群體的遺傳背景不一樣，同一性狀的QTL在不同群體中的分離、重組結(jié)果不同； —QTL定位的誤差。,3. QTL（或分子標(biāo)記）與關(guān)聯(lián)分析存在問(wèn)題 （1）QTL本身的問(wèn)題 （2）數(shù)量性狀記

9、錄的準(zhǔn)確性 （3）樣本大小4.從QTL到QTN QTL (Quantitative Trait Loci) QTN (Quantitative Trait Nucleotides) 從核苷酸水平上來(lái)確認(rèn)對(duì)數(shù)量性狀真正起作用的基因位點(diǎn)（核苷酸序列多態(tài)位點(diǎn)） SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) QTN的研究一般都要對(duì)候選的QTL作SNPs檢測(cè)，或直接對(duì)候選基因

10、作SNPs檢測(cè),,目前有應(yīng)用價(jià)值的QTN還很少 —牛DGAT1 (二脂酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶1) （Ron et al. 1998; Grisart et al. 2002) —豬IGF2 (胰島素樣生長(zhǎng)因子II） （Jeon et al. 1999; Van-Laere et al. 2003) — 綿羊GDF8 （肌肉生長(zhǎng)抑制素，Myostatin） (Marcq et

11、 al. 2002; Clop et al. 2006),5.基因組選擇（Genetics selection）—全基因組范圍內(nèi)的標(biāo)記輔助選擇 —條件成熟 （1）許多畜禽基因組測(cè)序完成 （2）大量SNPs的發(fā)現(xiàn) （3）SNPs芯片和高通量SNPs檢測(cè)技術(shù)的完善 （4）生物信息技術(shù)的發(fā)展,—基因組育種值的計(jì)算 在全基因組范圍內(nèi)用大量的SNPs標(biāo)記對(duì)所有QTL估計(jì)一個(gè)總的育種值，即把單個(gè)QTL的標(biāo)記輔助選擇

12、“化零為整”?！蚪M選擇策略 （1）選擇指數(shù)：表型信息育種值＋標(biāo)記信息育種值 （2）檢測(cè)所有個(gè)體的標(biāo)記基因型，估計(jì)個(gè)體的基因組育種值，據(jù)此選種（Goddard and Hayes,2007),動(dòng)物分子育種,基因工程育種,動(dòng)物分子育種,從分子水平上對(duì)動(dòng)物進(jìn)行遺傳改良，或育種的分子設(shè)計(jì)。 1.基因聚合 希望把高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、抗病、抗逆等有利性狀的基因通過(guò)基因操作，盡可能多地聚合在一起。 存在問(wèn)題： —

13、這些經(jīng)濟(jì)性狀絕大多數(shù)是多基因決定的數(shù)量性狀（質(zhì)量性狀的基因聚合早就解決了）； —在沒(méi)有找到目的基因之前，聚合就是“無(wú)米之炊”。,2.平衡育種 統(tǒng)籌考慮高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、抗病、抗逆等有利性狀，要求性狀之間達(dá)到一個(gè)“最佳”的平衡點(diǎn)。 存在問(wèn)題： —群體水平的平衡育種早就解決了； —分子水平的平衡育種仍在設(shè)計(jì)之中。,虛擬設(shè)計(jì)分子育種,虛擬設(shè)計(jì)分子育種技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)與分子生物學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，研究基于生物信息學(xué)的

14、重要功能基因發(fā)掘、鑒定、標(biāo)記、定位和利用；探索多基因聚合與雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)途徑，構(gòu)建計(jì)算機(jī)模擬育種創(chuàng)新技術(shù)體系，加速新材料、新基因和新標(biāo)記的篩選，推動(dòng)農(nóng)林牧漁分子育種的發(fā)展。,Simulation run 100 times,3.轉(zhuǎn)基因育種 （1）對(duì)轉(zhuǎn)基因育種的認(rèn)識(shí) ? 贊成 反對(duì) （2）對(duì)轉(zhuǎn)基因育種的要求 ?常規(guī)育種做不到的 比常規(guī)育種快得多的 產(chǎn)品(特別是食品)要無(wú)公害的,*畜牧業(yè)的甲

15、烷的排放量占全球甲烷排放量的約２０％，是重要的溫室氣體來(lái)源,轉(zhuǎn)基因畜牧業(yè)對(duì)一些疾病的控制,轉(zhuǎn)基因畜牧業(yè)與人類(lèi)疾病的治療和預(yù)防,技術(shù)路線,,轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞克隆技術(shù)路線圖,（3）轉(zhuǎn)基因育種的技術(shù)難點(diǎn) —目的基因的轉(zhuǎn)入 —轉(zhuǎn)入基因的表達(dá) —表達(dá)基因的遺傳（4）什么時(shí)候才能育出轉(zhuǎn)基因動(dòng)物品種 豬？ 牛？ 羊？ 基因的縱向傳遞還是橫向傳遞？ 成本？,轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的制作技術(shù),原核期胚胎的顯微注射逆轉(zhuǎn)錄

16、病毒載體注射MII期的卵母細(xì)胞精子頭與外源DNA合并注射卵母細(xì)胞體細(xì)胞核移植技術(shù)制作轉(zhuǎn)基因動(dòng)物逆轉(zhuǎn)錄病毒載體感染發(fā)育早期的動(dòng)物胚胎原始生殖細(xì)胞技術(shù)精子載體方法胚胎干細(xì)胞技術(shù),轉(zhuǎn)基因羊的研究難度極大，且成功率低。難度在于：家畜受精卵的雄原核并不像實(shí)驗(yàn)動(dòng)物那樣清晰可見(jiàn)，顯微注射的命中率低；注射的外源基因的整合率低；移植胚胎的受孕率低。 針對(duì)上述困難，以黃淑幀教授為主的課題組積極探索，并在技術(shù)路線上取得了三大突破：攻克了試管羊技

17、術(shù)，精確掌握了羊胚胎的發(fā)育規(guī)律以及受精卵顯微注射的最佳時(shí)機(jī)，使注射后的受精卵成活率達(dá)到百分之九十五以上；通過(guò)胚胎分子鑒定，挑選有外源基因整合的胚胎進(jìn)行移植，使整合率在理論上提高到百分之百；采用非手術(shù)胚胎移植技術(shù)，大大減少了對(duì)受體母羊的損傷，使受孕率達(dá)到百分之七十。,克隆羊和轉(zhuǎn)基因羊有什么不同呢？,簡(jiǎn)單的說(shuō)，克隆羊使用的是不受精的卵細(xì)胞，轉(zhuǎn)基因羊用的是受精胚胎。 前者突破了有性繁殖的框架，后者仍然是靠?jī)尚苑敝乘玫降穆鸭?xì)胞

18、，前者是“復(fù)制”原動(dòng)物體，后者是動(dòng)物體獲得外源基因并把它遺傳給一代、兩代……，它不是復(fù)制自身。,,異種器官移植,乳腺生物反應(yīng)器,轉(zhuǎn)基因育種,血液,器官,藥用蛋白,生長(zhǎng),羊毛,營(yíng)養(yǎng)保健,,,,,,,HemoglobinDNX Biotherapeutics Inc,HeartImutran Limited,KidneyNextran,a1-AntitrypinPPL Therapeuticals plc,Antithrombin

19、IIIGenzyme Transgenic Corp,LactoferrinPharming B.V.,GlycoconjugatesRoss Products Corp,GH, IGF-IPig Breeding, Bresgen Ltd,MP, IGF-ISheep Breeding, AgRes.,,,,,,,TRANSGENIC ANIMALSWhere Is the Potential for Applicatio

20、n,,,,基因,懷孕產(chǎn)犢,,,胚胎移植,,轉(zhuǎn)基因牛,代孕母親,,,,,,,,,,,,表達(dá)檢測(cè),分子篩選,,微注射,胚胎培養(yǎng),隨機(jī)整合,,,傳統(tǒng)微注射技術(shù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物示意圖,總效率0.5%,,,,,,,,,,,核供體動(dòng)物,體細(xì)胞,細(xì)胞培養(yǎng),卵供體動(dòng)物,未受精卵,除去卵核,細(xì)胞融合,克隆胚胎,胚胎移植,無(wú)核卵子,代孕母親,代孕母親,與核供體遺傳相同的克隆牛,動(dòng)物體細(xì)胞克隆提供解決方案？,,,,,,,,,,,,,,核供體動(dòng)物,體細(xì)胞,細(xì)胞培

21、養(yǎng),卵供體動(dòng)物,未受精卵,除去卵核,細(xì)胞融合,克隆胚胎,胚胎移植,無(wú)核卵子,代孕母親,代孕母親,基因組經(jīng)過(guò)隨機(jī)整合修飾的轉(zhuǎn)基因克隆牛,,,,細(xì)胞篩選,基因整合,陽(yáng)性細(xì)胞擴(kuò)群,,目標(biāo)基因,基因轉(zhuǎn)移,,,,隨機(jī)整合,轉(zhuǎn)基因克隆提高了轉(zhuǎn)基因效率,但未解決表達(dá)效率和時(shí)空表達(dá),依賴于基因同源重組的轉(zhuǎn)基因克隆可以同時(shí)提高基因整合和表達(dá)效率,,,,,,,,,,,,,,核供體動(dòng)物,體細(xì)胞,細(xì)胞培養(yǎng),卵供體動(dòng)物,未受精卵,除去卵核,細(xì)胞融合,克隆胚胎,

22、胚胎移植,無(wú)核卵子,代孕母親,代孕母親,基因組經(jīng)過(guò)同源重組修飾的轉(zhuǎn)基因克隆牛,,,細(xì)胞篩選,基因整合,,目標(biāo)基因,基因轉(zhuǎn)移,,,同源重組,,,,,,,,目標(biāo)基因,,基因轉(zhuǎn)染,藥物篩選,懷孕產(chǎn)犢,核卵融合,,,胚胎移植,克隆胚胎,,繁育擴(kuò)群,轉(zhuǎn)基因克隆?；蚋咝П磉_(dá),代孕母親,,工廠化生產(chǎn)牛群,市場(chǎng)銷(xiāo)售,全球市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo),體細(xì)胞,核移植,細(xì)胞培養(yǎng),同源重組,依賴于基因組修飾的轉(zhuǎn)基因克隆技術(shù)圖示,,,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì),體細(xì)胞克隆動(dòng)物,,中

23、國(guó)政府2009年5月通過(guò)了《促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》。中央財(cái)政預(yù)算2009年安排328億元，2010年安排300億元左右，同時(shí)帶動(dòng)企業(yè)投資，主要推動(dòng)以轉(zhuǎn)基因生物新品種培育等１１個(gè)科技重大專項(xiàng)。這是轉(zhuǎn)基因畜牧業(yè)發(fā)展的機(jī)會(huì)，重點(diǎn)選擇投資一些重要基因的轉(zhuǎn)基因課題，對(duì)家畜（包括家禽和魚(yú)類(lèi)）和飼料植物進(jìn)行基因組改造（轉(zhuǎn)基因），逐步建立起轉(zhuǎn)基因畜牧業(yè) 。我國(guó)有相應(yīng)的研究基礎(chǔ)國(guó)計(jì)民生的需要。,轉(zhuǎn)基因畜牧業(yè)——機(jī)遇：,,轉(zhuǎn)基因畜牧業(yè)——

24、挑戰(zhàn)：轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的安全性,轉(zhuǎn)基因食品是安全的！?。?—世界權(quán)威機(jī)構(gòu)：糧農(nóng)組織、世界衛(wèi)生組織對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的安全性指出：采用現(xiàn)代技術(shù)、如DNA重組技術(shù)，所獲得的遺傳形狀改變的生物，基本上與其他方式、如常規(guī)育種所引起的基因組改變是相同的性質(zhì)。 ——我們的每天食品中本身就含有大量動(dòng)植物和微生物的DNA和蛋白質(zhì)，DNA和蛋白質(zhì)在人體的消化系統(tǒng)中消化成小分子或堿基和氨基酸吸收，對(duì)人體本身沒(méi)有任何害處 。—教育—監(jiān)控,,國(guó)家轉(zhuǎn)基因動(dòng)物評(píng)估機(jī)構(gòu)

25、對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)行個(gè)案評(píng)估：,評(píng)估內(nèi)容：基因結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)產(chǎn)品（篩選基因）轉(zhuǎn)基因蛋白質(zhì)的對(duì)人體的過(guò)敏性轉(zhuǎn)基因蛋白質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的飼養(yǎng)和管理提純工藝和蛋白質(zhì)純度,加拿大的環(huán)保豬（轉(zhuǎn)植酸酶基因）,不會(huì)發(fā)生瘋牛病的牛,轉(zhuǎn)基因雞生產(chǎn)抗癌藥,中國(guó)轉(zhuǎn)基因羊預(yù)防乙肝（HBsAg轉(zhuǎn)基因羊）,荷蘭用轉(zhuǎn)基因羊奶造防彈皮膚：強(qiáng)度為鋼鐵10倍(2011年08月18日 07:10  新浪科技),研究人

26、員加里拉-伊薩迪說(shuō)：“想象一下，一件具備防彈能力的蜘蛛絲背心，子彈就是現(xiàn)代版的箭?，F(xiàn)在，我們又向前邁進(jìn)一步，為什么癡迷于背心呢？我們用這種蜘蛛絲蛋白取代角蛋白。角蛋白決定人類(lèi)皮膚的韌性。如果將蜘蛛負(fù)責(zé)分泌絲的基因植入人類(lèi)基因組，創(chuàng)造防彈人也可能成為現(xiàn)實(shí)。聽(tīng)起來(lái)很科幻？也許吧，但我們可以嘗試這種打造超人的想法，將防彈蜘蛛絲與試管中培育的人類(lèi)皮膚融合在一起。”,中國(guó)轉(zhuǎn)基因羊問(wèn)世  借線蟲(chóng)基因打造健康羊肉騰訊科技 2012-4-2

27、6,中國(guó)科學(xué)家克隆的轉(zhuǎn)基因綿羊鵬鵬，它含有堅(jiān)果、種子、魚(yú)以及綠葉蔬菜才含有的良性脂肪，能夠減少患心臟病和冠心病的風(fēng)險(xiǎn)。 杜玉濤說(shuō)：“試驗(yàn)所用的遺傳因子來(lái)自于線蟲(chóng)，因?yàn)榫€蟲(chóng)已經(jīng)表現(xiàn)出能夠增加對(duì)人類(lèi)健康有益的不飽和脂肪酸。”,轉(zhuǎn)GH基因魚(yú),轉(zhuǎn)基因觀賞魚(yú),,根據(jù)美英等西方發(fā)達(dá)國(guó)家政府和國(guó)際糧農(nóng)組織的預(yù)測(cè)，21世紀(jì)全球畜牧業(yè)的90%畜禽品種都將通過(guò)分子育種提供，而品種對(duì)整個(gè)畜牧生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率亦將達(dá)到50%以上。,科學(xué)“能給予我們以真實(shí)的益處