畜禽育種目標和方法

1、育種目標與方法,各種因素對畜牧業(yè)的相對貢獻率,育種技術：選擇、雜交、繁育體系.......最根本的是選擇（選種）。選種的關鍵是準確性任何選種方法都是對“真值”的估計,家畜育種的特點,—家畜是雌雄異體交配繁殖的動物—大部分畜種的世代間隔長，繁殖率較低—家畜沒必要，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是對現(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,評價純種選育效率的指標是遺傳進展,

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.,中國小反芻動物育種方向,—具有特殊價值的品種

3、，像灘羊、湖羊、中衛(wèi)山羊、濟寧青山羊、絨山羊等，在保持和提高其固有的特性的基礎上，應對可增效性狀，如產(chǎn)羔率、羔羊產(chǎn)肉力加大選擇強度，綜合提高品種的生產(chǎn)水平和經(jīng)濟效益—普通品種，向產(chǎn)肉體型選育是今后育種工作的重點—高繁特性分子生物學基礎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、標記 標記輔助選擇 ↓基因操作 分子育種,基因的結構與功能,基因 是控制生物遺傳性狀的基本單位, 每個基因都是有4種簡單的脫氧核糖核苷酸 按一定的順序排列所組成的 ;基因不僅可以通過復制把遺傳信息傳遞給下 一代，同時使遺傳信息得到表達;生物發(fā)育、生殖、生長、疾病、衰老、死亡 及精神、行為等都不同程度地與基因有關。基因組 決定一個物種生、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(動物基因組)生物信息學基因分析 DNA 芯片侯選基因鑒定 基因構建 侯選基因確認 轉基因 性狀操作 輔助選擇 基因型與表現(xiàn)型 相關分析 種質(zhì) 表現(xiàn)型選擇

6、 新產(chǎn)品,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,QTL與分子標記輔助育種,動物基因組中約有30億個堿基對，5~10萬個基因，其中1萬個基因與生產(chǎn)性狀有關，但影響主要生產(chǎn)性狀的主效基因數(shù)量不會超過1000個。這是動物遺傳育種研究的重點，也是國際上基因知識產(chǎn)權爭奪的焦點。 嚴格地說，DNA標記和QTL是有區(qū)別的。只有當DNA標記和所標記的數(shù)量性狀完全連鎖時，標記才是該數(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)量最多的幾個性狀（吳常信 講座，2010）,應激綜合癥基因（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，但在育種中能應用的卻很少？ —所定位的QTL是染色體的一個區(qū)間，中間還可能涉及多個基因； —QTL或標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、重組結果不同； —QTL定位的誤差。,3. QTL（或分子標記）與關聯(lián)分析存在問題 （1）QTL本身的問題 （2）數(shù)量性狀記

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

10、作SNPs檢測,,目前有應用價值的QTN還很少 —牛DGAT1 (二脂酰甘油?；D移酶1) （Ron et al. 1998; Grisart et al. 2002) —豬IGF2 (胰島素樣生長因子II） （Jeon et al. 1999; Van-Laere et al. 2003) — 綿羊GDF8 （肌肉生長抑制素，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)的標記輔助選擇 —條件成熟 （1）許多畜禽基因組測序完成 （2）大量SNPs的發(fā)現(xiàn) （3）SNPs芯片和高通量SNPs檢測技術的完善 （4）生物信息技術的發(fā)展,—基因組育種值的計算 在全基因組范圍內(nèi)用大量的SNPs標記對所有QTL估計一個總的育種值，即把單個QTL的標記輔助選擇

12、“化零為整”。—基因組選擇策略 （1）選擇指數(shù)：表型信息育種值＋標記信息育種值 （2）檢測所有個體的標記基因型，估計個體的基因組育種值，據(jù)此選種（Goddard and Hayes,2007),動物分子育種,基因工程育種,動物分子育種,從分子水平上對動物進行遺傳改良，或育種的分子設計。 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基因操作，盡可能多地聚合在一起。 存在問題： —

13、這些經(jīng)濟性狀絕大多數(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）； —在沒有找到目的基因之前，聚合就是“無米之炊”。,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，要求性狀之間達到一個“最佳”的平衡點。 存在問題： —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計之中。,虛擬設計分子育種,虛擬設計分子育種技術是將計算機技術與分子生物學技術有機結合，研究基于生物信息學的

14、重要功能基因發(fā)掘、鑒定、標記、定位和利用；探索多基因聚合與雜種優(yōu)勢預測途徑，構建計算機模擬育種創(chuàng)新技術體系，加速新材料、新基因和新標記的篩選，推動農(nóng)林牧漁分子育種的發(fā)展。,Simulation run 100 times,3.轉基因育種 （1）對轉基因育種的認識 ? 贊成 反對 （2）對轉基因育種的要求 ?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源,轉基因畜牧業(yè)對一些疾病的控制,轉基因畜牧業(yè)與人類疾病的治療和預防,技術路線,,轉基因體細胞克隆技術路線圖,（3）轉基因育種的技術難點 —目的基因的轉入 —轉入基因的表達 —表達基因的遺傳（4）什么時候才能育出轉基因動物品種 豬？ 牛？ 羊？ 基因的縱向傳遞還是橫向傳遞？ 成本？,轉基因動物的制作技術,原核期胚胎的顯微注射逆轉錄

16、病毒載體注射MII期的卵母細胞精子頭與外源DNA合并注射卵母細胞體細胞核移植技術制作轉基因動物逆轉錄病毒載體感染發(fā)育早期的動物胚胎原始生殖細胞技術精子載體方法胚胎干細胞技術,轉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驗動物那樣清晰可見，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。 針對上述困難，以黃淑幀教授為主的課題組積極探索，并在技術路線上取得了三大突破：攻克了試管羊技

17、術，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機，使注射后的受精卵成活率達到百分之九十五以上；通過胚胎分子鑒定，挑選有外源基因整合的胚胎進行移植，使整合率在理論上提高到百分之百；采用非手術胚胎移植技術，大大減少了對受體母羊的損傷，使受孕率達到百分之七十。,克隆羊和轉基因羊有什么不同呢？,簡單的說，克隆羊使用的是不受精的卵細胞，轉基因羊用的是受精胚胎。 前者突破了有性繁殖的框架，后者仍然是靠兩性繁殖所得到的卵細胞

18、，前者是“復制”原動物體，后者是動物體獲得外源基因并把它遺傳給一代、兩代……，它不是復制自身。,,異種器官移植,乳腺生物反應器,轉基因育種,血液,器官,藥用蛋白,生長,羊毛,營養(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,,轉基因牛,代孕母親,,,,,,,,,,,,表達檢測,分子篩選,,微注射,胚胎培養(yǎng),隨機整合,,,傳統(tǒng)微注射技術生產(chǎn)轉基因動物示意圖,總效率0.5%,,,,,,,,,,,核供體動物,體細胞,細胞培養(yǎng),卵供體動物,未受精卵,除去卵核,細胞融合,克隆胚胎,胚胎移植,無核卵子,代孕母親,代孕母親,與核供體遺傳相同的克隆牛,動物體細胞克隆提供解決方案？,,,,,,,,,,,,,,核供體動物,體細胞,細胞培

21、養(yǎng),卵供體動物,未受精卵,除去卵核,細胞融合,克隆胚胎,胚胎移植,無核卵子,代孕母親,代孕母親,基因組經(jīng)過隨機整合修飾的轉基因克隆牛,,,,細胞篩選,基因整合,陽性細胞擴群,,目標基因,基因轉移,,,,隨機整合,轉基因克隆提高了轉基因效率,但未解決表達效率和時空表達,依賴于基因同源重組的轉基因克隆可以同時提高基因整合和表達效率,,,,,,,,,,,,,,核供體動物,體細胞,細胞培養(yǎng),卵供體動物,未受精卵,除去卵核,細胞融合,克隆胚胎,

22、胚胎移植,無核卵子,代孕母親,代孕母親,基因組經(jīng)過同源重組修飾的轉基因克隆牛,,,細胞篩選,基因整合,,目標基因,基因轉移,,,同源重組,,,,,,,,目標基因,,基因轉染,藥物篩選,懷孕產(chǎn)犢,核卵融合,,,胚胎移植,克隆胚胎,,繁育擴群,轉基因克隆?；蚋咝П磉_,代孕母親,,工廠化生產(chǎn)牛群,市場銷售,全球市場營銷,體細胞,核移植,細胞培養(yǎng),同源重組,依賴于基因組修飾的轉基因克隆技術圖示,,,國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢,體細胞克隆動物,,中

23、國政府2009年5月通過了《促進生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》。中央財政預算2009年安排328億元，2010年安排300億元左右，同時帶動企業(yè)投資，主要推動以轉基因生物新品種培育等１１個科技重大專項。這是轉基因畜牧業(yè)發(fā)展的機會，重點選擇投資一些重要基因的轉基因課題，對家畜（包括家禽和魚類）和飼料植物進行基因組改造（轉基因），逐步建立起轉基因畜牧業(yè) 。我國有相應的研究基礎國計民生的需要。,轉基因畜牧業(yè)——機遇：,,轉基因畜牧業(yè)——

24、挑戰(zhàn)：轉基因動物的安全性,轉基因食品是安全的?。?！ —世界權威機構：糧農(nóng)組織、世界衛(wèi)生組織對轉基因動物的安全性指出：采用現(xiàn)代技術、如DNA重組技術，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，對人體本身沒有任何害處 。—教育—監(jiān)控,,國家轉基因動物評估機構

25、對每個轉基因動物進行個案評估：,評估內(nèi)容：基因結構和蛋白質(zhì)產(chǎn)品（篩選基因）轉基因蛋白質(zhì)的對人體的過敏性轉基因蛋白質(zhì)對環(huán)境的影響轉基因動物的飼養(yǎng)和管理提純工藝和蛋白質(zhì)純度,加拿大的環(huán)保豬（轉植酸酶基因）,不會發(fā)生瘋牛病的牛,轉基因雞生產(chǎn)抗癌藥,中國轉基因羊預防乙肝（HBsAg轉基因羊）,荷蘭用轉基因羊奶造防彈皮膚：強度為鋼鐵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：“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。角蛋白決定人類皮膚的韌性。如果將蜘蛛負責分泌絲的基因植入人類基因組，創(chuàng)造防彈人也可能成為現(xiàn)實。聽起來很科幻？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皮膚融合在一起?！?中國轉基因羊問世  借線蟲基因打造健康羊肉騰訊科技 2012-4-2

27、6,中國科學家克隆的轉基因綿羊鵬鵬，它含有堅果、種子、魚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險。 杜玉濤說：“試驗所用的遺傳因子來自于線蟲，因為線蟲已經(jīng)表現(xiàn)出能夠增加對人類健康有益的不飽和脂肪酸?！?轉GH基因魚,轉基因觀賞魚,,根據(jù)美英等西方發(fā)達國家政府和國際糧農(nóng)組織的預測，21世紀全球畜牧業(yè)的90%畜禽品種都將通過分子育種提供，而品種對整個畜牧生產(chǎn)的貢獻率亦將達到50%以上。,科學“能給予我們以真實的益處