1、中国牛业科学():综 述分子育种技术研究进展及新疆肉牛分子育种现状马义诚袁理星叶治兵崔繁荣闫向民周振勇李红波(.新疆畜牧科学院畜牧研究所新疆乌鲁木齐.新疆肉牛工程技术研究中心新疆乌鲁木齐)摘 要:经济社会的发展使人们对牛肉的经济性和肉品质要求提高培育生长性能和生产性能更加良好的肉牛品种的重要性日益凸显 随着分子生物学技术的进步动物育种逐渐从表型性状研究向基因调控发展通过分子标记辅助育种能够更加快速准确的选择目标性状分子育种技术提高了品种培育效率并降低了成本且繁育的后代优良性状更加稳定其应用范围也越来越广泛 目前新疆肉牛分子育种的应用较少多停留在理论研究阶段且存在着经费不足和育种场规模小、难以获
2、得足够的样本等问题 本文综合阐述了分子育种的概述、肉牛分子育种研究进展和新疆肉牛分子育种现状旨在为新疆肉牛分子育种工作提供一定的思路和理论依据关键词:肉牛分子育种分子标记辅助选择遗传性状中图分类号:.文献标识码:文章编号:()收稿日期:修回日期:基金项目:国家现代农业(肉牛牦牛产业技术体系()自治区科技重大专项()作者简介:马义诚()男硕士主要从事肉牛遗传育种及饲养管理通讯作者:李红波()男新疆维吾尔自治区博乐市正高级畜牧师主要从事肉牛遗传育种及饲养管理工作 随着我国经济社会的发展牛肉及其相关制品已经成为家庭餐桌上必不可少的一部分人们对牛肉的经济性和肉品质要求也越来越高 我国本土黄牛自古以来多
3、为使役用途虽然具有更加良好的耐力但是在生长速度和肉品质方面与国外的优秀品种具有很大的差距 面对这种情况我国大量引进了西门塔尔牛、利木赞牛、皮尔蒙特牛、安格斯牛等国外优秀品种并培育了三河牛、新疆褐牛、草原红牛等新品种但是这些牛种都是兼用型牛种在生长性能和肉品质方面仍有很大的提升空间 新疆是我国的畜牧业大省牛养殖业在其中占据着十分重要的地位培育更加优秀的肉牛品种是新疆畜牧研究工作的重要方向现代分子生物学的高速发展和牛全基因组的公布尤其是近年来发展起来的基因组学领域为肉牛育种提供了一个更加快速、更加精准的方法 相比过去依靠表型性状进行选种需要数年甚至十几年的研究工作才能取得相应结果分子育种不论在基因
4、选择还是结果验证方面都更加高效准确是未来育种工作的发展趋势本文综合阐述了分子育种的概述、肉牛分子育种研究进展和新疆肉牛分子育种现状旨在为新疆肉牛分子育种工作提供一定的思路和理论依据 分子育种概述分子标记辅助育种是一种非转基因的育种方法分子标记辅助选择()是指针对那些对数量性状有较大影响的特定基因或数量性状基因座()的遗传模式进行特异性选择 目前可用于遗传学研究的分子标记方法分为生化标记和 标记两种但是生化标记法存在着诸多的限制因此 标记法被更多的应用于基因遗传及等位基因的相关研究中 分子标记法是在 水平上分析的遗传标记这些标记被用来分析物种、群体和个体之间的遗传多态性和系统发育关系以及识别与控
5、制物种经济价值性状的基因密切相关的诊断标记其主要可分为:()基于分子杂交的标记包括限制性片段长度多态性()和数目可变串联重复多态性()等()基于 的标记包括随机扩增多态性()和扩增片段长度多态性()等()牛全基因的公布将肉牛分子育种工作带入了全基因组选择()的时代全基因组关联研究()可以根据单核苷酸多态性()和可能的致病突变之间的连锁不平衡()来检测与经济重要性状相关的显著单核苷酸多态性()或基因组区域利用全基因组选择确定的 可以更准确的估计个体种值极大地促进了育种工作的进步过去动物育种主要通过观察表型性状来选择种用动物通过不同品种间的杂交实现杂交改良的目的但是这种育种方法所繁育的后代存在着优
6、良性状不固定的问题并且培育效率低、成本高阻碍了动物育种工作的发展 相比传统的动物育种方式分子育种技术的出现和兴起推动了动物育种研究的进步运用 可以直接在基因水平定向选择调控目标性状的基因相较传统育种方法效率更高、成本更低后代遗传的优良性状也更加稳定 肉牛分子育种研究进展.生长发育性状研究进展改善肉牛生长性状(如体重和平均日增重)的遗传过程可以提高肉产量和降低饲养成本是肉牛养殖业的主要目标之一 等人通过对中国西门塔尔牛的研究发现、和 基因分别被认为是三个品种生长性状的主要候选基因 等人对皮尔蒙特牛与南阳牛杂交后代皮南牛的研究发现、和 基因与皮南牛的生长性状有关 等人对滇中牛的研究中发现了能够影响
7、其生长发育的基因 和 等人通过研究安格斯牛与婆罗门牛杂交牛发现在 条染色体上共 个 与牛的生长性状有关 等人对 头夏洛莱牛生长性状进行全基因组关联研究()并鉴定与这些性状相关的 标记和基因结果发现、和 与夏洛莱牛的生长性状调节相关 等人通过对 牛研究发现总共有、和 个 分别与初生重、断奶重和 日龄长年重显著相关其中 和 基因在脑和骨骼系统发育中起到重要作用.胴体性状研究进展胴体性状是养牛业的基本性状 相比生长性状胴体性状更难通过表型特征进行选择大多数肉质相关性状都是通过几代动物来评估的 不同的基因组学技术提供了极好的机会来提高食物生产动物的遗传潜力并通过 在育种项目中实现这一潜力 典型的肉质参
8、数包括颜色、脂肪含量、大理石花纹评分()和持水性此外牛肉品质还与脂肪酸()的组成相关 的组成决定了牛肉的脂肪品质 目前已有报道某些基因的单核苷酸多态性()与牛肉嫩度或 有关 瘦素()、甲状腺球蛋白()、钙蛋白酶()、硬脂酰辅酶 去饱和酶()、二酰甘油乙酰转移酶()、牛生长激素()、胆固醇调节元件结合蛋白()、脂肪酸合酶()和脂肪酸结合蛋白()基因的部分 会对 肉 品 质 产 生 影 响、.、.、.、.会影响牛肉的 .、.、.、.、.会影响牛肉嫩度等.繁殖性状研究进展在利用 进行动物育种遗传改良的同时不孕症上升的问题也在同时发生 世纪初牛的繁殖能力迅速恶化世界各地都有相关报道 公牛繁殖健全性评价
9、的一般标准包括:阴囊周长、精子细胞形态、精子细胞活力、无生理和生殖障碍以及无疾病状态 过去公牛的生育能力是根据母系受孕率()进行预测的此外精液参数也被用作公牛繁殖性能的指示性状但这些无法完全描述精子授精能力的复杂性 随着分子育种技术的发展各国开始根据基因组估计育种值()来选择经过验证的年轻公牛从而获得了迅速的收益 目前已知的与公牛繁育性状相关的基因主要有、和 等基因.环境适应性研究进展全球变暖是气候变化的主要趋势根据气候变化模型的预测 年全球平均气温可能比 年普遍高.对于牛养殖业来说气温的升高可能更容易导致热应激从而影响肉牛的生产和繁殖特性以及健康状况 为了减轻热应激对牛生产的不利影响可以采取
10、遗传选择、环境改造和营养干预等方法 耐热性存在着品种内的遗传变异这使得通过遗传选择提高品种耐热性成为可能 目前耐热性相关的候选基因主要有热休克蛋白()、热休克蛋白()、热休克因子()、真核翻译起始因子 激酶第 期马义诚等:分子育种技术研究进展及新疆肉牛分子育种现状()、热休克因子结合蛋白()、热休克蛋白家族 成员()、热休克蛋白家族 成员()、肌酸()和 酶 /转运亚基()等基因其 与牛的耐热性之间存在显著的关联提示它们在育种方案中具有潜在的分子标记作用海拔高度也同样会对肉牛产生影响海拔越高温度相对越低同时空气中的氧含量和气压也随海拔升高而降低基于全基因组 的种群关系和高原适应已经在人类和牦牛
11、中进行了分析 等人对 头中国土牛和牦牛进行 检 测 结 果 发 现、和 基因在高海拔中表现出比低海拔更高的杂合性丢失频率 和 在仅在低海拔中显示杂合性丢失 等人对青藏高原 头牦牛的全基因组测序分析结果发现 基因与牦牛高原适应性相关此外不同的地理环境其气候也会有所差异如典型的地中海气候越靠近赤道则气温越高夏季时间更长日照更加充足这些对肉牛的生长发育、繁殖和生产性能都会有一定影响.抗病能力研究进展病毒、细菌和寄生虫等都会造成动物患病可能导致生长发育迟滞或停止、生产性能下降甚至死亡严重危害牛养殖业的发展如疯牛病的流行就造成了严重后果 面对疾病通常采取的措施是预防、隔离和治疗对预后不良的动物要及早淘汰
12、而对于抗病性状相关基因的发现则提供了一种新的解决疾病的办法 等人对 头断奶荷斯坦犊牛的研究发现有 个位点共 个 具有与天然免疫和适应性免疫应答相关的功能 等人通过对 个屠宰场 头患有肝片吸虫的牛进行全基因组分析结果在 和上分别鉴定出 个和 个 与肝片吸虫的抗体应答相关 等人通过对 头纯种或杂交 牛进行单 基因组学研究结果发现、和 基因与 牛锥虫病耐受相关 等人对 头奶牛应用单步单核苷酸多态性最佳线性无偏预测方法研究了牛副结核病抗性的遗传决定因素等相关基因结果发现在第、和 号染色体上存在与抗牛副结核病相关的基因并且在另一项研究中发现()、()和()基因是良好的功能候选基因 新疆肉牛分子育种现状目
13、前新疆分子育种技术的应用较少 等人采用 技术研究了新疆褐牛与哈萨克牛背最长肌脂肪形成、肌形成和纤维形成的差异表达基因、及其调控途径结果发现、和 等差异表达基因在牛肉品质中起着重要作用这也是首次对新疆褐牛和哈萨克牛肌肉组织进行转录组学分析的研究 等人将新疆褐牛的 个基因组与世界其他 个品种的基因组进行比较结果发现新疆褐牛有.的哈萨克牛和.的瑞士褐牛遗传 等人分析 只新疆褐牛和 只荷斯坦牛的 或单倍型与体细胞评分的关系以评价 基因在乳腺感染中的作用结果发现 可能在新疆褐牛抗乳房炎中起重要作用 等人在新疆的 头蒙古公牛和 头蒙古母牛的线粒体 区和 染色体 标记上进行了多态性分析结果发现蒙古牛中最早的
14、驯化和引入可能发生在公元 世纪途经新疆地区的丝绸之路新疆是我国畜牧业大省牛养殖业是其中的重中之重 新疆具有独特的地理环境相比内地新疆环境更加干燥夏季降水量少而炎热、冬季多雪而低温紫外线充足 目前新疆肉牛分子育种相关研究较少主要与以下因素有关:()新疆地理位置处于我国西北地区与沿海发达地区相比经济相对落后相关技术手段由沿海地区引入新疆时间较长()新疆肉牛繁育基地尤其是大型的、规模化的繁育基地较少无法为研究提供足够的样本和实验场地()与牛等大动物相关的研究往往投入巨大项目的经费限制了新疆肉牛分子育种研究的进展()新疆肉牛分子育种研究主要集中在实验室阶段没有落实到生产实践环节中这一问题的出现与新疆缺
15、少规模化繁育基地和研究经费有一定关系 结合新疆本地独特的地理气候环境培育具有更多优秀性状的肉用牛品种是未来新疆肉牛育种工作的主要方向 新疆肉牛分子育种的思路和展望.新疆肉牛分子育种思路自牛全基因组公布以来随着相关研究工作的深入与肉牛生长、肉质、繁育等性状相关的数量性状位点中的主效基因逐渐被发现并深入研究了其相关的功能一些基因调控的关键性状对肉牛品种的改良和繁育有着重要的作用新疆本地牛种如新疆褐牛等对比国外引进的纯肉用牛种如皮尔蒙特牛、利木赞牛等在生长速度和肉质上有所不足但是对新疆的地理气候环境有着更好的适应性这点在肉牛繁育工作中也不能忽 中国牛业科学 第 卷视 对新疆本地牛种环境适应性相关基因
16、进行深入研究利用分子标记辅助选择寻找其相关的数量性状位点中的主效基因并作为种畜选择的一个依据再结合国外品种的优良生长和肉质性状基因培育能够更好适应新疆环境的肉用牛新品种可以更好的促进新疆肉牛育种工作的进步同时基因对肉牛消化吸收饲料也具有调控作用 新疆是我国棉花种植重要基地棉花相关产物如棉花秸秆等也可以作为肉牛饲料使用不仅增加了作物的利用率也可以降低肉牛养殖成本 选择对棉花秸秆消化吸收更好的牛只进行相关基因分析并寻找与棉花秸秆吸收相关的主效基因并以此为方向进行品种选育加强饲料的利用率也是新进肉牛分子育种的一个相关思路.新疆肉牛分子育种展望想要促进新疆肉牛分子育种相关研究的发展需要更多的借鉴、学习
17、国内外成功的研究成果也需要政府更加重视相关研究工作同时对于肉牛分子育种的研究应当尽可能形成由实验室的前期研究到生产实践的后期推广的完整环节更加的系统化推进肉牛分子育种工作的相关进程 随着经济社会的发展以及行业有关知识的普及越来越多的肉牛养殖工作者已经意识到繁育工作的重要性新疆的集约化繁育场的数量和规模也在逐渐增长管理运营模式也越来越正规也为将来的分子育种工作的发展创造了有利的环境 目前新疆肉牛分子育种仍处于起步时期但无疑将成为未来新疆肉牛品种改良的重要工具参考文献:.():.():.():.():.():.:.():.():.()():.():.:.():.()():.():.()():.()():.():.():.()():.()():.():.().():.第 期马义诚等:分子育种技术研究进展及新疆肉牛分子育种现状 ():.():.():.():.:.():.:.():.():.:.():.():.():.():.():.():.:.:.():.():.(.):.:中国牛业科学 第 卷
