豬育種技術的發(fā)展與展望
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數量遺傳學理論在過去的動物育種實踐中起到了非常重要的作用。生物技術的應用，特別是精液的冷凍保存技術和體外受精技術，大大提高了畜群的整體遺傳水平和育種效益。分子遺傳學的發(fā)展使得通過標記輔助選擇（MAS) 直接對基因型進行選擇成為可能，動物分子育種正逐步成為21 世紀動物育種的主要方法之一。生物信息學與動物遺傳育種的結合，極大地推動了分子育種的發(fā)展，成為現代育種不可或缺的部分，尤其是在目前的高通量測序技術中發(fā)揮了舉足輕重的重要作用。此外，一些先進的檢測技術也加快了豬育種工作的進程�！ �1 數量遺傳學與豬育種 數量遺傳學是遺傳學原理與統(tǒng)計學方法相結合，研究群體數量性狀的一門科學，在動物育種實踐中起著主導作用。數量遺傳學原理應用于育種實踐，是在選擇時通過提高群體中有利基因的頻率，降低不利或有害基因的頻率，進而使群體的生產性能得到大幅度提高。它通過提高遺傳參數和育種值估計準確性來提高畜禽整體生產性能。數量遺傳學包括3 大核心：重復率、遺傳力和遺傳相關。借助遺傳參數可以從表型值估計推斷育種值，從而定量化地做出育種決策�！ ⊥ㄟ^數量遺傳學的方法與理論開展豬的育種工作，主要包括兩個部分的內容：一是豬的遺傳參數估計，二是豬的遺傳評定�！ 慕y(tǒng)計學上講，遺傳參數的估計可歸結為方差或協方差組分估計。目前，隨著統(tǒng)計算法的不斷更新，遺傳參數的估計變得越來越準確。 遺傳評定即評估畜禽種用價值的高低，是畜禽育種工作的中心任務。畜禽種用價值的高低是用育種值來衡量的。用于育種值估計的方法概括起來主要有：選擇指數法、群體比較法和混合線性模型法。其中混合線性模型法既可以估計模型的固定效應，得到其最佳線性無偏估計值，又能預測隨機的遺傳效應，得到最佳線性無偏預測值，因此，估計的育種值準確性大大提高�！ �2 現代動物育種新技術與豬育種 現代分子生物技術的發(fā)展，給動物育種帶來了新的活力。通過各種現代生物技術的綜合應用，結合傳統(tǒng)的育種方法，可大大加快育種進展�！ �2.1 繁殖新技術與豬育種 2.1.1 精液的冷凍保存技術 精液冷凍保存技術，可以使不同國家、地區(qū)的優(yōu)良種公豬的精液便于交流，能將精子存活時間延長至多年，而且通過人工授精技術能大幅度提高優(yōu)良種公豬的利用率，使優(yōu)良種公豬獲得大量的后代，從而擴大其在畜群遺傳改良中的作用。此外，利用精液長期冷凍保存技術，可以更經濟可靠地實現家畜遺傳資源的保存（ 保種)。而胚胎的冷凍保存和胚胎移植在豬上使用得較少�！ �2.1.2 人工授精技術 人工授精技術與精液的冷凍保存技術是相互配合的。運用體外授精
器械將冷凍保存的精液輸入適配母豬的生殖道內，可以做到大規(guī)模統(tǒng)一時間的集體配種，而且可以做到精液的公豬來源清楚可控，方便集約化種豬場實施育種工作�！ �2.2 分子技術與豬育種 2.2.1 分子遺傳標記技術 2.2.1.1 基因定位和構建基因圖譜 動物基因定位是基因組育種的基石。基因定位的目的是為了研究有重要經濟價值的基因。前提是構建能覆蓋整個基因組的高分辨完整基因圖譜。包括遺傳圖譜和物理圖譜，進而弄清基因組全部核甘酸順序。遺傳圖譜表明了種系細胞在減數分裂時基因座位之間發(fā)生重組的效率。從而標記出基因間的距離和連鎖情況。物理圖譜則表明了基因座位在染色體上的具體位置�；蚨ㄎ坏姆椒壳耙约蚁捣治觥Ⅲw細胞雜交和原位雜交為主�！ �2.2.1.2 數量性狀主效基因分析 畜禽中絕大多數有經濟意義的性狀都是受多基因控制并呈現連續(xù)分布的數量性狀，蘊藏于基因組DNA 中豐富的遺傳標記可以將標記位點和數量性狀位點（QTL)相聯系。數量性狀主效基因的分析方法有2 種，一是連鎖分析，即利用多DNA 標記對參考分離群個體作連鎖分析定位；二是候選基因鑒定，即根據生理生化理論鑒別某種功能基因對某數量性狀的遺傳效應，篩選出對該數量性狀有影響的基因和分子標記，并估計其效應值�！ �2.2.1.3 標記輔助選擇（MAS) 與眾多的生長性狀相比，豬中已定位的QTL 非常有限，短期內無法了解控制性狀的機理，通過與QTL 連鎖的DNA 標記評估個體的生產潛力是大多數情況下的育種模式，稱為標記輔助選擇。MAS 不僅可在生命的早期開始，不必再等待生產性狀完全表現，而且突破了限制性狀從單性別選擇的局限，對于破壞性試驗選擇的性狀，如屠體、抗體性狀也不必做昂貴的屠宰和疾病應激試驗。因此縮短了世代間隔，提高了選擇強度，增加了選擇的準確性�！ �2.2.1.4 雜交優(yōu)勢預測 一般而言，雜交優(yōu)勢與親本品系間的遺傳距離在多數情況下呈正相關，用 DNA 分子標記測定個體及親本品系間的遺傳距離，能輔助選擇品系及個體間的雜交優(yōu)勢。部分研究已對此予以證實。劉榮宗等利用20 個RAPD（隨機擴增多態(tài)性DNA)標記測定豬的 4 個組合親本間遺傳距離，檢測結果與以往的研究結果一致，反映了各親本組合的真實遺傳關系。但也有研究表明，一些親緣關系遠的組合中遺傳與雜交優(yōu)勢的座位在不同組合存在差異，其程度與雜交優(yōu)勢有關基因的連鎖關系在不同基因組合中的表現亦不盡相同。因此尚需研究大量的雜交組合，以了解其表現機理，才能有效用于育種實踐�！ �2.2.2 DNA 甲基化 在以往的眾多研究中可以得知DNA 甲基化對基因的表達具有重要的調控作用。近幾年來隨著對于DNA 甲基化研究技術的不斷發(fā)展，人們對于DNA 甲基化的研究取得了突飛猛進的進展。但是從目前的研究現狀來看DNA 甲基化研究集中于醫(yī)學領域尤其是與人類相關的各種疾病。在中國的期刊網絡數據庫中約有99% 的DNA 甲基化來自
腫瘤疾病的研究并且多集中在對于某一個基因的DNA 甲基化研究上，而來自基因組水平的研究資料很少。因此從全基因組水平深入研究DNA 甲基化在畜禽生命活動中的作用具有重要的生物學意義�！ ang等使用熒光標記的甲基敏感擴增片段多態(tài)性方法（F-MSAP 方法)對萊蕪豬不同組織及不同品種豬肌肉組織甲基化程度進行檢驗，并且通過對不同品種肌肉組織和甲基化程度進行統(tǒng)計檢測分析來看在各個品種間的甲基化程度差異顯著。通過數據分析發(fā)現各品種肌肉組織 DNA 甲基化程度與各品種肌間脂肪含量間不具有相關性。雖然現在沒有相關研究證實DNA 甲基化與動物的各種生產性狀、屠宰性狀有密切聯系，但通過已知的信息可以推斷出DNA 甲基化可能與動物的遺傳育種息息相關，尤其是雜種優(yōu)勢現象。在植物中已經通過對玉米雜交種及其親本DNA 甲基化比例的研究發(fā)現基因組表達活性與DNA 甲基化存在顯著負相關。由此認為雜交種DNA 甲基化程度降低可能與雜種優(yōu)勢形成有關�，F在已經開始有研究將DNA 甲基化與動物的各種生長及屠宰性狀之間進行相關性分析，只是尚未得出具體的結論且現有的研究成果尚不足以闡明DNA 甲基化與雜種優(yōu)勢的具體關系。親子代間甲基化各種差異類型與雜種優(yōu)勢的關系還有待于進一步的相關研究�！ �2.2.3 轉基因技術與豬育種 轉基因育種是指通過轉基因的方法，將外源的基因（包括種內和種間)整合到豬的基因組中或者將豬自身的基因敲除或沉默，借此來定向改變豬的性狀，以轉基因材料進行的育種。轉基因技術作為育種技術的優(yōu)點在于：不但可以打破物種界限導入其他物種的優(yōu)良基因，也可以通過對物種內現有基因組的“精細手術”，獲得依靠自然選擇與人工選擇無法獲得的新基因組合。目前，轉基因技術主要用作生物工程手段，作為分子育種技術尚處于探索階段。但隨著國家轉基因重大專項的實施，轉基因技術將會成為家畜分子育種的重要內容。轉基因技術已成功運用于豬，獲得了一些轉基因豬。1985 年，Hammer 等通過顯微注射的方法，將由小鼠MT-1啟動子驅動的人
生長激素基因（HGH)注射到豬、羊和
兔卵細胞的原核中，該融合基因成功地整合到了豬和兔的基因組上并能正常表達�！ ∥覈霓D基因豬也已取得了重要成果：1989 年，中國農業(yè)大學陳永福與湖北省農科院生物技術研究所合作，將豬生長激素基因（GH)轉入湖北白豬中，顯著提高了生長速度與飼料利用率；湖北省畜牧所與中國農科院蘭州獸醫(yī)所合作，將抗豬瘟病毒（HCV)基因導入豬中，獲得了抗豬瘟的轉基因豬；2000 年，鄭新民、魏慶信等用顯微注射的方法，生產出來能夠合成人血清蛋白（HAS)的轉基因豬；2006 年底，東北農業(yè)大學劉忠華教授帶領的團隊研制出中國首只轉基因“熒光豬”；2008 年，中國農科院北京畜牧獸醫(yī)研究所李奎教授等人，繼美國之后培育出了轉FAT-1 基因的保健豬。這些轉基因材料一旦經過生物安全評價就可以作為育種素材進行新品種的培育。目前，我國轉基因生物新品種重大專項的啟動將進一步推動轉基因豬的研究進程�！ �2.3 生物信息學與豬育種 2.3.1 建立與豬良種繁育相關的基因組數據庫 可根據不同物種間的進化距離和功能基因的同源性，比較容易地找到與豬經濟性狀相關的基因，在此基礎上利用相關的DNA 標記，開展分子育種，從而加快育種的進程和速度，按照人們的愿望加以改造。由于豬的經濟性狀大多都是由微效多基因控制的，在此基礎上又存在著主效基因，所以，我們可以利用序列的對比和同源分析，在已有的生物數據庫中尋找與豬經濟性狀相關的主效基因的同源序列區(qū)和同源基因，并對其進行定位，從而建立起與豬良種繁育相關的基因組數據庫，并以此來改良豬品種。另外，在非編碼區(qū)域，可在各個基因片段序列的基礎上，結合分子遺傳標記，對主效基因各個基因片段基因型的差異、等位基因從親代傳遞到子代的具體途徑和未知信息進行早期檢測，從而準確地鑒定出個體間的基因差異可從個體表型、形成原因進行細分，可更有效地分析遺傳模型，提高豬遺傳評定的準確性及效率。 2.3.2 豬功能組的研究 隨著各種畜禽的基因組測序的進行，大量相關的序列數據將會呈現出來，根據“序列一結構一功能”的決定順序，且在基因組的研究方案中多序列的分析使探究功能的過程有了質的飛躍，所以可對豬基因組序列進行同源識別、序列聯配、特征片段檢測、建立數據模型、功能位點確定及預測其可能的結構等方法來揭示對應的功能。目前，已在核酸層次上運用DNA 芯片技術和在蛋白質層次上運用二維凝膠電泳及測序質譜技術來進行大規(guī)�；蚬δ鼙磉_圖譜的建立和分析，從而完善豬功能組的研究�！ �2.3.3 進一步認識調節(jié)豬生長發(fā)育的各種機制和途徑 由于在不同組織中表達基因的數目差別是很大的，且同一組織在不同的個體生長發(fā)育階段表達基因的種類、數量也是不同的�；蚺c基因之間、基因與蛋白質之間是一個動態(tài)系統(tǒng)的有機組成部分。在不同的生長、發(fā)育、分化、疾病等狀態(tài)中，不同的組織器官內，基因間存在著復雜的相互作用關系，構成一個復雜的時空網絡。可通過基因組圖譜的分析、同源比較、分子建�；蚶肈NA 微芯片技術對畜禽生長發(fā)育的不同階段、不同生理狀態(tài)下有不同表達的基因進行研究，另外，還可從基因組DNA 測序數據中確定編碼區(qū)，從而進一步揭示調節(jié)豬生長發(fā)育的各種調控機制和作用途徑�！ �2.3.4 比較基因組學的應用 因為DNA 序列上的差異反映了物種親緣關系的遠近程度，所以完整基因組間的比較研究可在豬的性狀選擇、篩選雜交組合以及預測雜種優(yōu)勢等方面得到應用。另外，通過比較不同物種基因中DNA 或
氨基酸序列的異同可以研究豬的分子進化，同時也可對處于不同進化階段動物物種的基因組結構和功能進行比較分析，從而弄清豬基因的起源和進化、結構和功能的演變，發(fā)現其間的親緣關系，為豬育種提供科學的參考依據�！ �2.3.5 建立豬的種質資源數據庫 保種的實質是保存現有的畜禽資源的基因庫，它的主要任務是要穩(wěn)定種群的基因頻率。由于保種是保存一個品種的完整的基因組，所以可利用生物信息學的方式進行豬各個種群基因組的檢測、發(fā)掘新的特色基因和建立特色基因文庫，在宏觀上可建立地理信息系統(tǒng)，而在具體方式上可考慮建立豬種質資源數據庫，進一步使保種科學化與合理化，為豬的育種工作提供更多的遺傳素材。 2.4 超聲波技術與豬育種 測量技術在豬育種中的作用眾所周知，其方法的改進和技術的發(fā)展往往能推動豬育種的快速發(fā)展。最著名的例子是20 世紀60 年代豬屠宰后測量背膘厚度的辦法被活體超聲波掃描取代，使活體間接選擇瘦肉率成為可能，從而帶來了巨大的遺傳進展和經濟效益。幾十年來， 超聲波技術的發(fā)展和應用使得豬的育種工作發(fā)生了巨大的變化，取得了驚人的成績。目前許多國家都開始將超聲波的活體測量結果作為判斷依據，運用于豬胴體性狀和某些肉質性狀的遺傳改良�！ �2.4.1 超聲波在豬育種中的應用 超聲波設備最初應用于人類醫(yī)學領域，主要分為A 型機和 B 型機。Wild首次作了超聲應用的相關報道，認為超聲技術具有無損、刺激性小的特點可用于活體動物肌肉和脂肪組織的定量研究。隨后在1956—1957 年間，超聲儀便已用于測量牛和豬活體的皮下脂肪。目前，豬的育種中A 型機一般用來估計給出的解剖部位的脂肪和肌肉厚度，由于它能降低豬在測定時的應激，從而取代了手術式探尺的測定，但在較深的組織的測定上有其不足。B 型機可以測定不同密度的各種特異性組織，現在用來估計背膘厚度、背最長肌的肌肉厚度、肌肉面積和肌肉周長等。由于它能非常精確地實時給出動物組織圖像，稱實時超聲，實時超聲波技術為傳統(tǒng)豬的選育工作提供了一種新的方法，它允許在豬活體上進行無損測定，而且花費較小。目前其測量精度可達到（±) 1.5 mm，所需時間僅為1 ～ 2 s�，F在常用來進行豬活體的背膘厚、眼肌深度、眼肌面積的測定。 2.4.2 超聲用于豬活體膘厚和眼肌面積的測定 測定活體膘厚和眼肌面積，在豬育種工作中是很重要的，在豬的遺傳育種和性能鑒定上作為2 項重要的指標參數而深受重視。超聲技術測定豬活體的背膘厚度和眼肌厚度或面積已廣泛應用于遺傳改良。Wilson 和Gresham 等利用B 超測定豬活體的背膘厚，取得了很好的效果�！ �2.4.3 超聲用于豬活體肌內脂肪的估測 實時超聲波活體預測家畜的肌內脂肪含量在國內外也在研究之中，但目前在這方面的研究主要集中在牛上。而實時超聲波活體預測種豬的肌內脂肪的研究報道主要來至國外，其方法也大都借鑒預測牛肌內脂肪的方法。超聲波用于豬肌內脂肪含量的選擇計劃，最初是1998 年在美國愛荷華州立大學的貝爾斯蘭蒂紀念種豬場開始的，他們通過采用實時超聲儀采集杜洛克豬的超聲圖象來估測肌內脂肪（IMF)含量，以此為依據進行選擇，經過3 個世代的選擇后，共屠宰217 頭對照系和182 頭選擇系，結果表明選擇系豬比對照系豬的IMF 要高，分別為3.94% 和3.40%（ P＜ 0.01)，選擇系該性狀的平均育種值（EBV 值)比對照系高 0.83%，取得了較好的效果。此后，這方面的研究才逐步發(fā)展起來。Newcom 等的研究結果表明，運用實時超聲估測活體豬肌內脂肪含量是可行的�！ �3 展望 由于多個物種的測序完成和 SNP 芯片（單核苷酸多態(tài)性芯片)的出現，一種新的選擇方法——全基因組選擇在 2001年被提出。全基因組選擇是指使用覆蓋全基因組上的標記來進行選擇，與之前的 MAS 相比，不依賴于對性狀影響較大的標記的數目，并能對多個性狀進行同時選擇，提高了選擇的準確性。通常，全基因組選擇的方法有兩步，首先是通過對資源群體進行全基因組的 SNP 芯片掃描和各個性狀表型值的測定統(tǒng)計，估計出基因組不同組分對目標性狀的影響程度，并構建出育種值的預測模型；然后根據育種群體中多SNP、單倍型、單倍型域、染色體區(qū)段等綜合構成的全基因組基因型信息進行估計，得到個體的基因組估計育種值（GEBV)，然后依據GEBV 進行選種。由于全基因組選擇利用的信息量最大，選擇的準確性將極大地提升，這將是今后豬分子育種的主要發(fā)展方向�！ 盗窟z傳學的方法和現代動物育種新技術相結合，運用先進的檢測技術，將極大地促進豬育種工作的開展，使育種效果得到顯著提高。
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