2024年3月8日发(作者:张航宇)
《上海畜牧兽医通讯》2010年第5期 ・ 57 ・ 微卫星标记在畜禽品种品系鉴定上的应用 李何君 刘 炜 吴昊昊 孙东东 俞湘麟 (上海市动物疫病预防控制中心 上海 201103) 畜禽品种品系鉴定方法是根据动物群体的形态学、细胞 学、生化及分子等标记特征来判断其来源、归属及它们之间 亲缘关系等内容的一种方法。用于鉴定的不同标记特征各 异,鉴定效果也有所差别。形态学标记指畜禽品种品系所具 有的标准外貌特征,细胞学标记主要是染色体的核型(染色 再利用不同的群体聚类统计方法进行聚类分析。目前群体 聚类统计方法主要有系统树分析法、最大似然法及Bayes方 法…。系统树分析法是根据畜禽个体或群体间的遗传距离, 采用某种方法构建系统树,再根据系统树的聚类情况进行判 断和评价。最大似然法是根据畜禽个体特定标记的基因型, 体数目、结构、随体有无、着丝粒位置等)和带型(C带、N带、 G带等),生化标记主要包括同工酶和等位酶,以上三种标记 是基因表达的结果,是对基因差异的间接反映,数目有限,多 态性较差,易受环境条件的影响,影响了鉴定的效果。而分 子标记以蛋白质、核酸分子的突变为基础,检测生物遗传结 构与其变异,是在DNA水平上遗传变异的直接反映,该标记 数量极多,遍及整个基因组,多态性高,遗传稳定,不受环境 及基因表达与否的限制,而且检测该标记时可取用不同发育 时期的组织器官甚至细胞,因此,与形态学、细胞学和生化标 记相比,分子标记是现在用于畜禽品种品系鉴定较为常用的 一种标记形式。分子标记检测技术发展历经三代,即以限制 性片段长度多态性标记为主的第一代、以微卫星标记为主的 第二代以及单核苷酸多态性为主的第三代,由于第一代标记 检测步骤繁杂、工作量大,而第三代标记检测常用的DNA芯 片技术费用高,相对而言,检测快速、成本较低的第二代标记 是目前用于畜禽品种品系鉴定的理想选择。 1 概述 1.1 基本原理 微卫星(Microsatellite)又称简单重复序列(Simple Se. quence Repeat,SSR)或串联重复序列(Short Tandem Repeat, STR),是一类广泛存在于真核生物基因组中的DNA串联重 复序列。微卫星由核心序列和两侧的侧翼序列所构成,侧翼 序列使微卫星特异地定位于染色体某一部位,核心序列一般 为2~6 bp的重复,重复次数通常在l5~3O次,核心序列重 复数的差异就形成了微卫星高度的多态性。自上世纪80年 代末被发现以来,微卫星标记以其分布广泛、多态性高、共显 性遗传、容易检测的特点,已被大量应用于畜禽品种品系的 鉴定。 1.2检测方法 检测微卫星时,首先针对微卫星两端的侧翼序列设计引 物,然后利用引物对模板DNA进行PCR扩增,最后根据 PCR扩增产物片段大小判断个体的基因型。PCR扩增可采 用单重和多重。单重PCR时,一个反应体系中只加人一对 引物,反应条件容易控制,但大量检测时效率不高。多重 PCR时,可在同一反应体系中加人多对引物,进行多个目标 序列的扩增,可节省DNA模板和试验耗材,简化操作步骤, 加速试验进程。所以,目前大多使用多重PCR扩增来检测 微卫星标记。在多重PCR时,为了保证多个目的片段在1 个PCR反应中同时特异性扩增,引物组合的选择和反应条 件的优化至关重要。 1.3数据分析 在畜禽品种品系鉴定的数据分析中,首先通过计算微卫 星标记的等位基因频率、多态信息含量(polymorphism infor— marion content,PIC)、Shannon指数、杂合度(heterozygosity。 H)、平均有效等位基因数、F一统计量和遗传距离等数据后, 采用最大似然法计算每个个体属于各自采样群体的最大似 然概率值,从而判断个体的归属。而Bayes方法是根据畜禽 个体或群体的基因型组成,运用Bayes概率理论,从而判断个 体或群体属于各自采样群体的概率。在亲子鉴定中,则需要 计算个体鉴别力(power of discrimination,DP)和非父排除概 率(probability of exclusion,PE)等参数。 2 应用 国际动物遗传学会(International Society for Animal Ge. netics,ISAG)向全球提供畜禽物种的微卫星引物、对照DNA 样品和参照基因型,使全球畜禽品种的遗传多样性的研究结 果具有通用性和可比性。随着DNA分子标记测定条件的进 一步优化,微卫星标记将更广泛地应用于畜禽品种品系遗传 特性的鉴定。从应用上,大致可分为以下几大类:(1)引种鉴 定;(2)遗传多样性分析;(3)畜禽地方品种遗传资源的保护 与利用;(4)亲子鉴定。 2.1 引种鉴定 改革开放前,中国以饲养和开发地方品种为主,从国外 引进的畜禽品种不多。改革开放后特别是近些年来,随着畜 牧业的迅速发展,中国从国外引进了大量的畜禽品种,为了 深入了解引进品种的遗传特征,更有效地利用引进品种开展 杂交选育工作,有必要对引进品种进行遗传学分析,而微卫 星标记已成为当前品种鉴定中较理想的选择。中国的育种 公司每年都从国外引进大量的高代次种鸡,在曾祖代蛋鸡 中,无论是白壳蛋鸡还是褐壳蛋鸡都是以四系配套的形式引 进的,但是从多年的育种和生产经验反映出,引进的四系配 套有些可能为三系配套。李显耀等(2003)[ 选用20个微卫 星标记对上海X场、北京Y场2001年和2002年引进的H 蛋鸡配套系祖代的各品系进行分析,结果发现该四系配套的 蛋鸡生产体系实为三系配套,A、B应为一个品系,C、D应是 两个不同的品系,选择杂合度高于平均杂合度的6个微卫星 标记ADL172、ADL267、LEI194、MCW295、MCW34和 LEI228即可达到品系鉴定的目的。张丽娟等(2004)【3]利用 1O个微卫星标记,对引进国外的w一98白壳蛋鸡配套系的 四个系进行了品系鉴定,聚类分析结果表明提供父母代母鸡 的C、D系为一类,C、D系遗传距离较近,可能发生近交衰 退,影响整个鸡群的质量。 2.2遗传多样性分析 遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。广义地讲, 遗传多样性就是生物所携带遗传信息的总和,但一般所指的 遗传多样性是指种内的遗传多样性或称遗传变异【引。在畜 禽品种的遗传多态性评估中,微卫星标记技术得到了广泛应 用。为了系统研究中国水牛的品种资源特性,张毅等 (2006)【5 利用30个微卫星标记对19个中国沼泽型水牛群 体、2个河流型水牛群体和1个黄牛品种共1 040份样品进 行了遗传多态性检测,结果表明,中国水牛具有丰富的遗传
・ 58 ・ 《上海畜牧兽医通讯》2010年第5期 率为99.7287%、个体识别力为99.999%,建立了警犬STR 变异性,3O个微卫星座位的平均等位基因数为8.13,群体内 基因多样性(期望杂合度)为0.517~0.609,其中西南地区水 牛群体的遗传变异性略高于华南和长江流域的水牛群体。 DNA亲子鉴定方法。Luikart等(1999)【l )用22个微卫星 对克什米尔羊、蒙古羊、安哥拉羊群进行了亲子鉴定,实验准 但中国水牛的总体遗传分化程度较低,群体间的遗传变异占 总遗传变异的2.83%。孙飞舟 (2002)采用27对微卫星引 物检测了56个中国地方猪种和3个外源猪种共计3 400个 个体的基因型,结果显示,中国地方猪种的遗传变异范围较 大,在26个微卫星座位上拥有的等位基因数量非常丰富(11 ~确率都高于0.9999。 54),高于外源猪种的数量(9~25),54个地方品种拥有61 3展望 品种遗传资源是国家可持续发展的基础,《中华人民共 和国畜牧法》对畜禽遗传资源保护、种畜禽品种选育与生产 经营等相关内容进行了明确的规定,特别是在上海都市畜牧 业转型过程中,种源畜牧业的发展是方向,在2008年市政府 一个特有等位基因以及数量相当的优势等位基因,地方猪种的 群体内遗传变异程度极显著地高于外来猪种。陈宽维等 号文中,明确提出要大力发展种源畜牧业。 本市种质资源丰富。现有种猪场2O家,核心群种猪约2 (2009)"J通过25个多态性较好的微卫星标记,检测了我国 26个地方鹅品种1 560个个体,共检测到198个等位基因, 群体间存在明显的遗传分化,约有28%的遗传分化来自于群 体间的变异。陈国宏等(2006) 利用29对微卫星引物对我 国的l2个地方鸡种进行群体遗传结构及遗传多样性评估, 结果表明,每个座位的等位基因数从2~23不等,所有的12 个群体均显示较高水平的杂合度,固始鸡最低为0.4532,大 骨鸡最高为0.6271,鸡种间存在较大的遗传分化,16.7%的 遗传变异源于品种间的差异。 2.3地方品种的保护与利用 世界各国把遗传资源作为畜牧生产可持续发展的重要 物质基础,中国具有丰富的畜禽地方品种遗传资源,是畜牧 业可持续发展的基础,畜禽地方品种的特点不尽相同,它们 各自所携带的基因也不完全一致,因而每个品种就形成了一 个独特的基因库,它们中间所蕴藏的各种丰富基因为育种工 作者提供了大量的素材。现代分子生物学技术为我们准确 了解生物群体遗传特性提供了方便,使我们能够在此基础上 科学地保护和利用我国丰富的地方畜禽品种资源。根据联 合国粮农组织FAO和国际动物遗传学会ISAG的建议,微卫 星标记已经作为首选的测定畜禽遗传距离的标记,并且推荐 了标准引物以便使世界各国在测定畜禽遗传距离的时候其 数据可以相互比较。孙飞舟(2002)【6 采用世界粮农组织 FAO和国际动物遗传学会ISAG联合推荐的27对微卫星标 记分析了中国地方猪种的群体内和群体间的遗传变异,将56 个中国地方猪种大致分为12大类,并建议采取保种场和保 种区相结合的保种措施。李荣岭等(2007)【9 选用联合国粮 农组织(FA0)和国际动物遗传学会(ISAG)推荐的12对微卫 星引物,对12个中外牛品种群体遗传结构进行了研究,结果 12个中外牛品种被聚为4类,即南方黄牛品种、中原黄牛品 种、北方黄牛和外来牛品种,为中国地方牛品种的保护和利 用提供了理论依据。李慧芳等(2008)【1 0]利用28对微卫星 标记对中国24个地方鸭品种的亲缘关系进行分析,结合中 国地方鸭种的历史起源、地理位置、生态条件、特定性状以及 形态特征等,将24个中国地方鸭种分为5大类,为有效保护 和利用中国地方鸭种打下了基础。 2.4亲子鉴定 亲子鉴定,即利用分子遗传学、生物学及医学的理论和 技术判断亲代与子代是否具有血缘关系。由于微卫星标记 的个体识别几率和非父排除率高,且所需要的检材量少,灵 敏度和成功率高,PCR扩增片长度较短等特点,它被认为是 第二代法医DNA指纹技术的核心,是目前亲子鉴定的主要 发展方向。叶俊华等(2005)【l”采用多重PCR和四色荧光自 动化检测技术调查公安部直属四家警犬基地进口种犬和准 繁犬7个品种共269头样本1O个微卫星DNA多态性,结果 总共检测到88个等位基因,该10个微卫星位点的非父排除 万头,种猪不仅有梅山猪、枫泾猪、沙乌头猪、浦东白猪、上海 白猪等地方及培育品种,还有大约克夏猪、杜洛克猪、长白猪 等外来引进品种。上海的奶牛育种体系完善、育种技术先 进,上海奶牛育种中心有限公司目前存栏优质荷斯坦种公牛 180多头,年产荷斯坦公牛冷冻精液360万支。家禽方面,上 海拥有浦东鸡这一优良的地方品种,该品种已被作为珍贵的 遗传资源列入《国家级畜禽遗传资源保护名录》,另外,上海 家禽育种有限公司还成功地选育出了褐壳蛋鸡配套系。这 些优秀种质资源的积累,为本市发展种源生产打下了坚实的 基础。 微卫星标记技术的日益成熟,为畜禽品种质量的提升带 来了良好的机遇,在本市畜禽种质资源的开发与利用中,主 要可以开展以下几方面的工作。 3.1 品种鉴别 3.1.1优良种质资源引进:本市现已从国外引进了大量的 种质资源,种群结构和规模渐趋稳定,通过持续的育种投入, 品种质量有了一定提高。然而,为了实现种质水平的持续提 升甚至自主培育新品种新品系的目标,仍需有目的地少量引 进一些高质量、高纯度的种质资源。因此,引进的种质情况 是否与引进目的要求相一致,同一新引进的品种品系和已有 的品种品系的遗传背景有无差异、是否兼容,引进群体的遗 传稳定性好不好,都需要做到科学监测、有效评估。微卫星 标记技术在这方面具有优势,为今后的引种工作提供了有力 的技术支撑。 3.1.2种畜禽生产经营管理:为了满足市场的多元化需求, 部分种质企业从国内外引进了不同的品种品系,由于系问杂 交群体往往在体型外貌和生产性能上具有一定的优势,个别 企业在制种或售种的过程中,不仅会有纯系,而且还生产了 各种形式的系间杂交群体。企业为了追求利润,可能会将系 间杂交群体作为纯系进行销售,而购买种质的客户单纯通过 体型外貌有时难以分辨出纯系与系间杂交的群体区别,但如 果作为种质进行繁育则后代容易出现性状分离,影响种群的 整齐度和一致性,从而会与售种企业发生经济纠纷。因此, 可通过微卫星标记技术对纯系与系间杂交群体进行科学鉴 定,加强出售畜禽的质量监测,规范种畜禽生产经营行为。 3.2地方品种保护与开发利用 3.2.1地方品种保护:为了有效地对本市畜禽地方品种进 行保护与开发利用,首先有必要利用微卫星标记对现有畜禽 地方品种遗传资源进行遗传多样性分析,如通过微卫星标记 研究梅山猪、沙乌头猪、枫泾猪、浦东白猪等地方猪种之问以 及和其它省市地方品种的遗传差异,通过微卫星标记研究了 解浦东鸡的群体遗传多样性和进化分析等。通过分析,将从 分子水平上摸清各地方品种的遗传背景,同时剔除少量在保 种过程中有可能出现的与外来群体杂交群体,为进一步的开
《上海畜牧兽医通讯》2010年第5期 ・ 59 ・ 中草药添加剂在猪生产中的应用研究 吴国林 (青海省湟中县田家寨镇畜牧兽医站青海湟中811603) 现代饲料工业中人工合成的饲料添加剂的使用,在对畜 5 g/kg、3 g/kg的剂量添加于40日龄健康断奶仔猪基础日粮 牧业起到巨大推动作用的同时,也带来了很大的负面作用。 中,并于75 13龄时检测发现:3个处理组猪粪便中的大肠埃 大量人工合成的饲料添加剂,如抗生素、促长剂、驱虫剂等的 希氏菌数均低于对照组,而乳酸杆菌和双歧杆菌数均明显高 长期使用、添加,造成畜产品中如肉、蛋、奶中的药物残留,进 于对照组。 而危害人们的健康(王静等,2006)。为此,许多国家已经用 1.2在猪育肥中的作用 立法形式禁止或限制在饲料中添加这些药品。而中草药兼 大量研究证明,中草药添加剂可提高猪的采食量,可代 有营养和药用双重功效,并以其无毒、无害、无残留、无耐药 替抗生素进行猪病的预防,从而能有效提高育肥猪的日增 性的独特优势成为动物营养学研究的一大热点。 重。吴凤舟等(2006)将沙棘叶、党参、神曲、蒲公英、苍术、陈 1 中草药添加剂在猪生产中的作用 皮、石膏、芒硝、牡蛎,干制后加工成粉,加入调味剂,按1%比 1.1 在仔猪生长中的应用 例均匀混合于育肥猪基础日粮中,试验组猪日增重比对照组 中草药添加剂可增强仔猪抗病力,并能显著提高仔猪的 增加了205.6 g。翟向和等(2006)用黄芪、党参、麦饭石、山 13增重。中药免疫促长剂中主要成分之一的黄芪可增强机 楂、神曲、麦芽、何首乌、石膏、元明粉女贞子等中草药组成 体的抵抗力,而降低发病率(张会峰,2003)。童晓莉(2002) 方剂,分别按1%和2%的比例在猪基础13粮中添加,饲喂 等于仔猪日粮中添加1%中药免疫促长剂,与对照组相比,仔 30 d后测得:T3的含量分别比对照组增加了28.5%和 猪腹泻频次降低了31.03%,日增重提高了34.12%;料重比 36.1%,差异显著(P<0.05)和差异极显著(P<0.01);T4的 比对照降低20.2O%,证明中药添加剂在防治仔猪疾病的同 含量分别比对照组增加了19.3%和32.8%,差异显著(P< 时可促进仔猪生长。张显花等(2005)报道,用胡麻、陈皮、食 O.05)和差异极显著(P<0.01)。程远芳(2006)将苦蒿、薄 盐、酒曲、砂仁、大青叶、板蓝根、大黄、川芎、苍术、当归、熟地 荷、棉花根、桑白皮、生地、黄连、地骨皮、香菇、板蓝根、苍术、 等组成中草药复方添加剂,按1.2%的比例饲喂35日龄断奶 甘草等中草药组方,添加于猪基础日粮中饲喂,发现实验组 仔猪,经过40 d的饲养试验,试验组的日增重比对照组提高 猪的增重和采食量均高于对照组。现代科学研究发现,天然 9.62%(P<0.05),料重比降低4.95%(P<0.05)。周圻 中草药所含的糖类、有机酸类、生物碱类、甙类和挥发油类都 (2005)选用胡麻、陈皮、酒曲、砂仁、大青叶、川芎、苍术等12 有增强机体免疫的功能。猪在接种猪瘟疫苗的同时服用中 种中草药按1.2%的比例添加于35~40日龄断奶仔猪的13 草药添加剂(黄芪、党参、何首乌、淫羊藿、女贞子、白术、白 粮中,结果发现,中草药组的生长激素和三碘甲腺原氨酸水 芍、五昧子),能显著增强猪瘟疫苗的免疫效果,促进T淋巴 平均显著高于抗生素组。张孝清等(2006)用党参、黄芪、枸 细胞的增殖,增强其免疫力(王自然,2006)。易洪斌等 杞、杜仲叶、神曲、山楂等16味中草药组方,按30 g/kg、 (2006)将绞股蓝、苍术、黄芪、花粉等多种中草药中提取的中 发利用打好基础。 定中的应用研究.农业生物技术学报。2004,9(1):146~152. 3.2.2地方品种开发利用:在地方品种杂交利用时,可利用 [4]陈灵芝.中国的生物多样性现状及其保护对策.北京科学出版社, 微卫星标记对品种间的杂交效果进行成功预测。张英杰等 1993,99~113. (2006)【13]利用微卫星对4个引进肉羊与小尾寒的杂交效果 [5]张毅.中国水牛分子遗传多样性及其起源分化的研究.中国农业 进行了预测,结果显示与实际杂交优势测定结果相符。黄生 大学博士论文,2006. 强等(2007)【14 3分析了微卫星标记分析了猪经济性状杂种优 [6]孙飞舟.采用微卫星DNA标记评估中国地方猪种遗传多样性.中 国农业大学博士论文,2002. 势的相关关系,结果表明:亲本间微卫星标记遗传距离与杂 [7]陈宽维,宋卫涛,徐文娟,等.利用微卫星标记分析中国地方鹅品 交后代日增重、料肉比等生产性状均呈强正相关关系,可作 种遗传变异及分化.畜牧兽医学报,2009,40(3):327~332. 为预测这些性状杂种优势的指标。以上研究将为本市地方 [8]陈国宏,季从亮,王敏强,等.12个中国地方鸡种群体遗传结构及 品种的开发利用提供良好的借鉴。 遗传多样性分析.畜牧兽医学报,2006,37(2):105~111. 4 结语 [9]李荣岭,张桂香,王志刚,等.微卫星标记对12个中外牛品种群体 随着分子生物学技术的不断完善,一系列具有畜禽品种 遗传结构的研究.遗传,2007,29(12):1463~1470. 特征的微卫星标记可被用于畜禽品种鉴定上来,微卫星标记 [10]李慧芳.中国地方家鸭品种的分子遗传多样性研究.扬州大学博 士论文,2008. 技术必将在畜禽品种引进、种畜禽生产经营管理以及地方品 [11]叶俊华,麻俊武,杨煎勇,等.利用10个STR—DNA的多态性进 种的保种与开发利用等方面得到逐步应用,为畜牧业科技进 行警犬亲子鉴定.江西农业大学学报,2005,25(1):1lO~113. 步和产业发展作出新的贡献。 [12]Luikart G,Duval M B,Ertugrul O,et a1.Power of 22 mierosatellite 参考文献 markers in fluorescent multiplexes for parentage testing in goats 【1]Rannala B,Mountain J L.Detecting immigration by using multiloeus (Capra hircus).Animal Genetics,1999。30:431~438. genotypes.Proceeding of the National Academy of Sciences of the [13]张英杰,刘月琴,孙洪新,等.利用微卫星DNA多态性预测引进 USA.1997。94:9197~9201. 肉用绵羊品种杂种优势.中国农业科学,2006,39(5):1076~ [2]李显耀.微卫星标记在蛋鸡品系鉴定中的应用研究.中国农业大 1082. 学硕士论文,2003. (14]黄生强,柳小春,晏光荣.等.微卫星标记预测猪部分经济性状杂 [3]张丽娟,张保军,杨长锁,等.1O个微卫星位点在白壳蛋鸡品系鉴 种优势的研究.湖南农业大学学报,2007,33(5):592~594.
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