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分子育种在现代猪种选育中的应用

分子育种在现代猪种选育中的应用. 任　军 江西农业大学 Email: renjunjxau@hotmail.com. 品种改良的关键. 遗传基础. 品种选育. 种质扩繁. 品种改良的关键. 基因型. 表　型. 环　境. 品种改良的措施. 基因. h 2. 估计育种值 EBV. 表型. BLUP. 环境. 亲属的表型. 严格数量 遗传选择. 数量遗传. 生物技术. 常规生 产性能. 个体鉴定. 抗病性. 产仔数. 肉质. 品种改良的措施. > 50 年. 性能测定是关键. 猪的选种. MAS/GS. > 20 年.

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分子育种在现代猪种选育中的应用

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Presentation Transcript

  1. 分子育种在现代猪种选育中的应用 任　军 江西农业大学 Email: renjunjxau@hotmail.com

  2. 品种改良的关键 遗传基础 品种选育 种质扩繁

  3. 品种改良的关键 基因型 表　型 环　境

  4. 品种改良的措施 基因 h2 估计育种值 EBV 表型 BLUP 环境 亲属的表型

  5. 严格数量遗传选择 数量遗传 生物技术 常规生产性能 个体鉴定 抗病性 产仔数 肉质 品种改良的措施 >50年 性能测定是关键 猪的选种 MAS/GS >20年 标记作用的大小和数量是关键

  6. 分子育种 育种值估计的模型假设：经济性状由微效多基因控制 QTL分析结果表明:存在主效基因

  7. 分子育种 分子育种技术与数量遗传学技术相结合是当前种猪选育改良的新手段 -提高育种值估计精度 -加大选择反应 如何建立分子育种技术 -有多少个主效基因? -影响的效应有多大? -选择改良的效果如何?

  8. 主效基因的鉴别 侯选基因法 -根据已知的生理生化功能进行选择 -分析基因内的遗传变异与表型的关联性 优点 -简单易行 不足 -侯选基因的数量太多 -选择效果不确定

  9. 主效基因的鉴别 众多改变连锁不平衡(LD)的因素决定了许多候选基因标记影响效应具有种群特异性 -重组 -选择 -迁移 -遗传漂变 -进化时间

  10. 主效基因的鉴别 QTL-QTG-QTN的鉴别法 基因组扫描 主效QTLs的初步定位 （20 cM） 主效QTL的精细定位（1-5cM） 寻找位置候选基因和多态标记 功能验证分析

  11. 主效基因的鉴别 QTL-QTG-QTN的鉴别法 -设计科学缜密 - 标记选择效果明确 - 难度大 - 研发时间长 - 已发现的QTG/QTN有限

  12. MAS中的分子标记 直接标记(direct marker) -基因辅助选择(GAS) 鉴别的难度 育种价值 连锁不平衡标记(LD marker) -LD标记辅助选择(LD-MAS) 连锁平衡标记(LE marker) -LE标记辅助选择(LE-MAS)

  13. 猪MAS中的主效基因

  14. 猪MAS中的LD标记

  15. 猪MAS中的主效基因 -RYR1 RYR1:第一个被鉴别的猪重要经济性状主基因 猪的兰定尼受体基因(RYR1)使敏感个体易在应激条件下猝死，且易产生PSE肉（肉色苍白、渗水）

  16. 猪MAS中的主效基因 -RYR1 已建立简捷准确的RYR1基因检测技术 PIC公司应用该技术剔除易感个体,使种群内因PSS致死的个体数从4-16头/1000下降为零

  17. 猪MAS中的主效基因 -RYR1 国内针对RYR1基因的种群选育改良工作仍有必要

  18. 猪MAS中的主效基因 -PRKAG3 汉普夏猪的酸肉效应: pH24显著低于其他猪种,致使火腿加工产量下降

  19. 猪MAS中的主效基因 -PRKAG3 汉普夏猪酸肉基因研究的国际大合作 瑞典, 法国, 英国

  20. 猪MAS中的主效基因 -PRKAG3 PRKAG3:农业动物中第一个采用位置候选克隆鉴别到的重要经济性状主基因（Science,288:1248-1281） • 1985年： 发现汉普夏猪的酸肉效应 • 1986年： 提出单基因控制酸肉效应假说 • 1990年： 验证了单个主效基因的存在 • 1995年： 酸肉基因（RN）定位于SSC15 • 1996年： RN基因的精细定位 • 1999年： 鉴别主效基因位点(R200Q) • 2000年： 论文发表于Science

  21. 猪MAS中的主效基因 -PRKAG3 PRKAG3: 不利等位基因只存在于汉普夏及含其血缘的合成系中，已应用PRKAG3育种技术淘汰不利个体 品种数量酸肉PRKAG3 汉普夏1(瑞典) 87 是 R - Q 汉普夏2(瑞典) 40 是Q - Q 汉普夏3(瑞典) 60 否 R - R 汉普夏相关合成系1 91 是R - Q 汉普夏相关合成系2 18 是Q – Q 汉普夏相关合成系3 103 否 R - R 皮特兰 75 否 R - R 杜洛克 160 否R - R 长白 72 否 R - R 大白 83 否 R - R

  22. 猪MAS中的主效基因 -FUT1 • 产肠毒素大肠杆菌F18侵染肠道，与其表面受体结合，是造成断奶后仔猪腹泻和水肿的主要致病原之一 无受体猪：抵抗型 有受体猪：易感型

  23. 猪MAS中的主效基因 -FUT1 FUT1是编码产肠毒素大肠杆菌F18受体的基因,决定抗性的主效变异位点为M307G-A。 GG：易感型 AG：易感型 AA：抵抗型 PIC公司购买了FUT1基因检测专利，于2003年起在法国和西班牙首先推出了能特异抵抗F18ab仔猪腹泻的新品系

  24. 猪MAS中的主效基因 -KIT KIT的重复突变和剪接突变决定西方猪群显性白毛表型

  25. 猪MAS中的主效基因 -MC1R MCIR的多重错义突变位点影响黑毛斑点的形成 KIT + MC1R 毛色选育

  26. 猪MAS中的主效基因 -KPL2 精子短尾不育症：1987年首见于芬兰长白猪 至20世纪末芬系长白核心群种公猪中有82个患病个体 正常个体 异常个体

  27. 内含子29 内含子30 正常 异常 猪MAS中的主效基因 -KPL2 KLP2：内含子30中1个约9kb的逆转座子插入事件造成外显子30的异常表达，形成无功能性蛋白，最终导致精子短尾不育症(PNAS, 2006, 5006-11) 已用于芬系长白的选育改良

  28. 猪MAS中的主效基因 -IGF2 2003年：猪中第一个被鉴别的数量性状核苷酸位点(QTN)—影响猪肌肉生长和背膘的主效基因位点IGF2-intron3-3092 (Nature, 425:823-836 ) • 1994: QTL初步定位 (Science) • 1999:印迹QTL的鉴别 (Nature Genetics) • 2002:图位比较基因组学研究 (Mammalian Genome) • 2003:采用IBD精细定位QTL (Genetics) • 2003:鉴别主效基因位点 (Nature) • 2004:综述 (Nature Review Genetics)

  29. 猪MAS中的主效基因 -IGF2 IGF2-intron3-3092主效位点的分子机理示意图

  30. 猪MAS中的主效基因 -IGF2 IGF2 基因主要影响产后的生长发育和脂肪沉积 AA型个体的产肉量增长3-4%，同时降低背膘厚

  31. 猪MAS中的主效基因 -IGF2 IGF2独特的父本表达印迹遗传模式 GpatApat GmatAmat GpatGmatGpatAmatApatGmatApatAmat IGF2对父本品种（系）的选育意义重大 选育AA型纯合子！！

  32. 猪MAS中的主效基因 -IGF2 我们检测了欧、亚、美、非40个品种946个无相关个体在IGF2主效位点及其23kb邻近区域的遗传变异 1、优势等位基因已在杜洛克、皮特兰、汉普夏猪种中纯合，大白和长白有明显的分离 2、QTN起源于中国地方猪种 Yang et al. 2006, Animal Genetics, 37: 179-188 Ojeda, Ren, et al. 2007, Genetics (Accepted with revision)

  33. 猪MAS中的主效基因 -NR6A1 野猪和大部分地方猪种的椎骨数为19，西方商业猪种椎骨数为21-23 影响椎骨数的两个主效QTL位于SSC1和SSC7 SSC1上的NR6A1是其中的主效基因之一，主效突变位点Pro192Leu有利等位基因携带者增加椎骨数0.57根，已在西方猪群中固定 可应用于新品系培育的体长选择 Genome Res, 2007, 17: 586-593

  34. a 293 295 297 299 300 C N I I D P L I Y S Allele 1 homozygote sequence C N S I I N P L I Y Allele 2 homozygote sequence COOH NH2 I II III VI IV V VII Transmembrane domains b 1/1 2/2 1/2 542 466 猪MAS中的主效基因 -MC4R

  35. -0.17 11-22 -0.9 +3.3 -36.9 猪MAS中的主效基因 -MC4R Bfat Days 110kg Daily Gain DFI 11.1 167.9 871.9 1.94 11.6 166.9 885.1 2.03 12.0 164.6 908.8 2.11 .001 .001 .001 .01 1720 1720 1194 231 (mm) (g/day) (kg/day) 11 12 22 P< n 选择11型个体：生长速度慢些，背膘薄（-1.1mm） 选择22型个体：生长速度快(-3.3天)，背膘厚些

  36. 猪MAS中的LD标记 -ESR ESR 1st Parity GenotypeTNB NBA AA 10.14a 9.42a AB 10.59b 9.87b BB 10.97c10.22c ESR 基因的选择效应是常规育种的五倍. 须注意品系效应问题！

  37. MAS的几个原则 1、分子（基因）标记的检测主要针对低遗传力性状（如产仔数）、限性性状、表型难以测定的性状（如IMF、抗病）和遗传缺陷 生长性状/脂肪沉积<产仔数<肉质、抗病性状

  38. MAS的几个原则 2、选择主基因标记和LD标记，LE标记（QTL标记）的选择效果不佳 3、随着猪全基因组计划的完成（2009年秋）和高密度SNP标记判型技术的不断完善，LD标记的数量将大大增加，并将应用于育种计划中 4、必须结合常规表型测定和育种值估计(MBV+EBV)

  39. MAS的不足 有限的分子标记只能解释表型的部分变异 LD-MAS中利用20QTL的标记信息只能利用50-60%的表型方差

  40. 现代育种的未来之路 -基因组选择(GAS) 基因组选择：利用高密度SNP标记剖分全基因组；在参考群体中评估每个染色体区段对特定表型的影响效应；再应用于商用种群的基因组育种值（PGEBV）估计 真实育种值和估计育种值的相关可达到0.8

  41. 现代育种的未来之路 -基因组选择(GAS) 1、标记的选择：必须要有足够数量的SNP标记，目前基于全基因组的50k DNA芯片正在研制中（USDA） 2、标记检测的成本：Illumina, Affimetrix, 奶牛30K DNA芯片1个个体的检测成本约$500；随着技术的发展，检测成本有望进一步下降 3、参考群体的建立：1000-2000个体+目的表型的测定 4、染色体区段影响效应的再评估：3-5个世代？

  42. 现代育种的未来之路 -基因组选择(GAS) GAS已开始应用于奶牛和鸡的育种中 奶牛（澳洲）：15036 SNP，1536公牛，45类 性状 不久的将来！

  43. 谢谢！

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