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现代牛分子育种技术简述(二)

时间:2011-11-07 11:17:36   来源:中国畜牧业协会牛业分会   作者:佚名    点击:2871次

    牛 QTL 研究 

    QTL 定位已成为目前家畜遗传育种研究领域的热点课题,主要有两条技术途径:侯选基因法 (Candidate gene approach) 和基因组扫描法 (Genome scanning) 。相对而言,侯选基因法更具有目标性。研究人员对牛 QTL 作了大量的研究,主要集中在经济和繁殖性状,在奶牛上犹为突出。 

    Hoeschele I 等 (1990) 发现 Weaver 基因与奶牛产奶性能存在显著相关,存在与 4 号染色体。 Schroote(2002) 等将与奶牛妊娠有关的 QTL 定位在 13 和 19 号染色体上。 Ashwell MS 等 [9] 研究表明,在荷斯坦奶牛的 3 和 20 号染色体上存在影响乳脂率和乳蛋白率的 QTL ,在 18 号染色体上存在影响怀孕率的 QTL 。

    在 14 号染色体上存在与乳脂含量相关的 K 232A 基因位点 [10] 。 Ashwell 等 [11] 对与牛乳中体细胞数 (SCC) 有关的微卫星标记进行了多年研究 , 认为 SCS 一个 QTL 的最可能位置位于 23 号染色体上的标记 513 附近 (1996 年 ) ; 14 号染色体上的 BM302 , 18 号染色体上的 BM2078 , 23 号染色体上的 513 、 BM1443 、 BM1818 、 BM1905 , 26 号染色体上的 BM4505 对 SCS 有显著影响 (1997) ; 23 号染色体上的标记 513 和 BM1258 对 SCS 有显著影响 (1998) 。 Nash D L [12] 试验表明 , 美国荷斯坦牛临床乳房炎对体细胞评分公牛传递力的回归系数是正的。其后 , 周国利 (2002) 分析了 7 个微卫星座位 BM1818 、 BM1258 、 BM1443 、 BM1905 、 BM302 、 BM4505 和 CYP21 在 240 头奶牛群体中的遗传变异 , 结果表明:这七个微卫星座位均与体细胞数显著相关。乳腺炎抗病力的候选基因为 BOLA 基因。

    目前对奶牛基因的研究,主要集中在奶牛群中经济性状的不同表型的生化特征的研究 [13] ,如使用候选基因法和数量性状位点定位方法来定位影响奶牛乳腺炎抗病力的基因 [14] 。 

    分子标记辅助 

    Soller 和 Backman(1983) 以某种遗传标记与 QTL 存在连锁关系为理论依据 , 提出了 “ 标记辅助选择 (MAS)” 。 MAS 由于充分利用了遗传标记、表型和系谱的信息,因此具有比常规遗传评定方法更大的信息量 , 可提高个体遗传评定的准确性。同时在牛育种中应用 MAS 有许多优点:不易受环境的影响 , 且选择没有性别、年龄的限制 , 允许进行早期选种 , 缩短世代间隔 , 提高选择强度 , 从而提高选种的效率和准确性。 Kashi 等 (1990) 对奶牛后备公牛 MAS 研究表明 , 可比传统的后裔测定方法提高 20%-30% 的遗传进展。绝大多数关于 MAS 的研究都只考虑了单个性状,而实际育种往往需要同时对几个性状进行选择 , 最近已有人开展多个性状的 MAS 研究 [15] 。值得一提的是分子遗传标记与体细胞数的变化有关系 [16] ,基因诊断也属于 MAS 的一部分。 

    若将供体群中少数优良目的基因 (QTL) 导入到受体群, MAS 既可用于跟踪鉴别目的基因 , 又可加速受体基因组 ( 背景基因 ) 的恢复 , 这种方法称为标记辅助导入 (MAI) 。目前 , 有关 MAS 的研究大多采用计算机模拟的方法来进行 , 且在所有模拟研究中,故要求牛 QTL 的位置和效应都必需准确确定。随着牛 QTL 定位的深入发展,标记的数量愈来愈多,标记的信息也将愈来愈准确, MAS 才能真正成为牛品种改良的决定性武器。 

    转基因育种 

    动物转基因技术是将外源基因整合到动物受体体细胞染色体上,并在受体体内稳定表达出相应的生物学表型而采用的一类综合技术,包括重组子构建技术、重组子导入转化技术、转基因稳定整合及可控性表达技术等。转基因育种打破了不同生物物种间的界限,可将外源基因直接导入动物品种中,能够大幅度缩短世代间隔,培育出新品种。转基因育种可以充分利用所有可能的遗传变异,从而极大地提高牛遗传改良的幅度和速度,同时还可根据人们的需求创造出一些非常规的产品。 

    转基因技术改良牛重要生产性状 

    目前,转基因牛主要限于转基因奶牛,主要目的是提高产奶量,改变奶成分和品质。由于奶牛的产奶量受激素调节,所以生产高产转基因奶牛需导入提高激素水平的基因。在改变乳成分和奶品质分方面,用牛奶生产奶酪的产率正比于牛奶中 к- 酪蛋白的含量, к- 酪蛋白转基因的高效表达可显著提高牛奶中 к- 酪蛋白组分的比率。乳糖酶转基因在牛乳腺细胞中的表达能导致产生无乳糖牛奶;人转铁蛋白基因在牛乳腺表达,提高乳铁蛋白在牛奶中的含量将会使牛奶使变得更加适宜婴儿食用,是母乳的良好替代品。这几种转基因奶牛已问世。同理,人奶中没有乳球蛋白,而牛奶中含有很高的乳球蛋白,是一种致过敏原,若用人奶中含量高、氨基酸组成非常平衡的乳白蛋白去取代牛奶中乳球蛋白,牛奶会变的更接近人奶。这涉及基因剔除技术,应用在牛上还有很大困难。 

    非常规转基因育种 

    非常规性转基因育种是指通过将人类药用蛋白基因或工业用酶基因导入畜禽基因组,使目的基因在血液循环系统或乳腺中表达,从而生产出非常规性畜禽产品。畜禽成为了高效生产药用蛋白或工业用酶的化工厂,因此称为动物生物反应器 (Animal bioreactor) 。在奶牛上的研究更多的是集中在利用奶牛乳腺来特异表达外源基因,生产人类药用蛋白和营养保健品,这就是所谓的乳腺生物反应器 (Mammary bioreactor) 。采用乳腺生物反应器生产药用蛋白和营养保健品是一种全新的生产模式。

    1990 年,美国获得世界上第一头名为 Herman 的转基因公牛,该公牛可与非转基因母牛生产转基因后代, 1/4 后代母牛乳汁中表达了人乳铁蛋白 , 现己进入临床试验阶段。随后,相继诞生许多其他转基因牛生产的人类药用和保健产品,如: Ⅰ 型人骨胶原、促红细胞生成素 (DEH) 、人溶菌酶、人胆盐刺激脂酶、人催乳素、人乳清白蛋白、人免疫球蛋白、人乳清过氧化酶、人分泌性抗体等。 Chan A W S 等 [17] 通过反转录病毒感染技术获得了转基因奶牛。我国近年来在转基因牛研究上也取得了喜人的成绩:上海医学遗传研究所 2000 年 2 月成功培育出了我国第一头转基因试管牛 ( 取名为 “ 滔滔 ”) 。科研人员导入的白蛋白基因 , 头公牛成熟后,可突破母牛孕期较长的限制,通过配种而加快繁育转基因小牛的速度。 2005 年 1 月中国农大成功培育出了全国首例 “ 人乳化 ” 转基因牛。生产其他一些人类药用蛋白 ( 如胰岛素、干扰素等 ) 的转基因牛也将问世。 

    乳腺生物反应器存在着许多待解决的问题:由于 乳腺对外源基因的表达具有乳腺特异性,存在转基因动物的异位表达和表达产物的泄漏问题,并且目的基因在受体动物基因组随机整合,不能控制外源 DNA 整合的位点和拷贝数,存在位置效应,降低表达水平,往往造成基因沉默 [18] 。 

    抗病育种 

    将特定病毒基因组中的某些编码片段作为目的基因导入畜禽基因组,如果该基因能够在宿主基因组中表达,那么转基因动物对该病毒的感染应具有一定的抵抗能力。目前的基因工程技术可以将两个或多个抗病毒基因克隆至同一载体中,将这样的多重抗病毒基因导入动物体,能使不同病毒功能基因协同作用。 2004 年 5 月 日本和美国联合研究培育出抗疯牛病牛,抗葡萄球菌感染乳房炎也问世。相信随着胚胎学、分子生物学和基因工程等技术的不断进步,抗病育种研究不断深入,抗病转基因奶牛新品种的将相待出现。

 

(责任编辑:小磊)

 

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