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家禽遗传育种研究进展


家禽遗传育种研究进展
过去二十年中,全球家禽生产取得了长足进步,世界禽肉消费量超过牛肉, 成为仅次于猪肉的第二大消费肉类,鸡蛋生产量从2650万吨上升到5579万吨,而 且世界家禽消费量今后还将继续维持上升趋势。 所有这一切的形成都与家禽科学 的飞速发展密不可分,本文就家禽遗传育种的发展现状及趋势进行综述。

1.家禽种质资源的保护、 1.家禽种质资

源的保护、研究和开发利用 家禽种质资源的保护
家禽遗传资源是家禽育种和生产的物质基础。据估计,现代养禽业取得的巨 大成就40%应归于家禽育种,而其中优异种质资源在育种中所起的作用超过了 50%。中国地方鸡遗传结构差异显著,血型基因纯合系数较低,血型因子分布相 当分散,构成了我国丰富且具有极大选择潜力的遗传资源。 2006年农业部确定了138个畜禽品种为国家级畜禽遗传资源保护品种,其中 的家禽品种,鸡23个:九斤黄鸡、大骨鸡、鲁西斗鸡、吐鲁番斗鸡、西双版纳斗 鸡、漳州斗鸡、白耳黄鸡、仙居鸡、北京油鸡、丝羽乌骨鸡、茶花鸡、狼山鸡、 清远麻鸡、藏鸡、矮脚鸡、浦东鸡、溧阳鸡、文昌鸡、惠阳胡须鸡、河田鸡、边 鸡、金阳丝毛鸡、静原鸡;鸭8个:北京鸭、攸县麻鸭、连城白鸭、建昌鸭、金 定鸭、绍兴鸭、莆田黑鸭、高邮鸭;鹅10个:四川白鹅、伊犁鹅、狮头鹅、皖西 白鹅、雁鹅、豁眼鹅、酃县白鹅、太湖鹅、兴国灰鹅、鸟鬃鹅。安徽省著名的禽 类地方品种有:淮北麻鸡、淮南麻黄鸡、平铺麻黄鸡、黄山黑鸡、皖南三黄鸡、 天长三黄鸡、亳州斗鸡、枞阳媒鸭、巢湖鸭、皖西白鹅、雁鹅、皖中四季鹅。 我国地方禽种自然生态适应性广,抗逆性强,耐粗饲,觅食能力强,蛋肉品 质优良。 不少鸡还具有珍贵的优良经济性状。 如边鸡产褐壳大蛋, 平均蛋重66 g, 在-30℃气温下也能生存繁殖;仙居鸡体小省料,年产蛋高的可达200个以上。丝 毛乌骨鸡的药用保健性能闻名世界。 原产于北京的北京鸭已成为遍及全球的优良 鸭种,当前世界的肉鸭几乎都是北京鸭的杂交后裔。中国地方鹅的产蛋性能可能 也要居世界首位。 现代化养禽业追求专一化和高产化,通过专门化品系间的杂交配套,以有限 的品种资源组成配套系大面积推广, 而大量原始品种遭到抛弃, 少数则畸形突变, 与此同时由于强调某一性状而丧失另外一些重要性状, 致使家禽资源的匮乏和消 失更加严重。发达国家目前品种数量已为数不多,遗传基础很窄,仅依靠良好的

生态和饲养管理条件进行选育以提高生产性能。 发展中国家由于大量引进高产品 种的冲击,使原有地方品种数量迅速减少,面临消亡灭绝的威胁。另一方面现代 家禽生产对家禽品种的要求越来越高, 新禽种不仅应高效、 抗病, 而且要求优质。 但新禽种的培育,若没有新的基因型补充,是很难达到要求的。显然家禽遗传资 源是国家的宝贵财富,是适应家禽业可持续发展的基本物质保障,是国家经济安 全的重要保障。 例如,淮北麻鸡是我省优良土方品种,体型较小,蛋肉兼用,肉质好,适应 性强,是生产符离烧鸡的首选品种。但是,仍然存在生长缓慢,饲料报酬低,整 齐度差,就巢性较强等缺点,应加大选育适当提高生长速度和均匀度。 按照FAO的观点“利用是对地方遗传资源最好的保护”,显然,禽种资源的 保存、种质特性的研究和开发利用,是解决当前养禽业中出现世界性遗传基因贫 乏的最重要研究手段之一。

2.家禽遗传育种研究 2.家禽遗传育种研究方法 家禽遗传育种研 分子遗传标记技术 遗传标记 2.1 分子遗传标记技术
一个理想的分子标记应具有:① 高度多态,以保证个体或家系在每一个基 因座都可能携带不同的等位基因;② 丰富性,以保证足够的标记覆盖整个基因 组;⑧共显性即等显性,以保证标记某基因座上所有的基因型都可以被识别;④ 中性,对所研究的数量性状和适应性都呈中性。 2.1.1 RFLP RFLP是利用标记探针与转移于支持膜上的总基因组DNA限制性片段杂交,通 过显示限制性片段的大小来检测不同位点等位变异的一种方法。 其多态性产生的 原因是DNA某区域发生缺失、插入、突变引起酶切位点的消失、出现、位移或染 色体重排引起电泳带改变。RFLP的探针有cDNA探针和基因组DNA探针,前者有较 强的保守性.可用于基因组比较和种群起源演化;后者检测的多态频率较高,但 种属特异性强。 RFLP标记的是单拷贝编码序列, 大多数属单位点上的双位点基因, 具有共显性特点, 因此主要用于遗传连锁图的绘制和目的基因的标记。 迄今为止, 各种动植物的连锁图主要由RFLP标记来绘制。但是,由于编码基因具有相当高的 保守性,使其多态信息含量不高;制备特异探针需分离相应的编码基因,且并非 任何内切酶都可产生多态片段,因此该技术较为复杂,需要较多仪器设备支持,

限制了其应用。 2.1.2 RAPD RAPD以基因组DNA为模板,利用非特异性寡核甘酸为引物(5~10 bp),借助 PCR扩增,产生不连续的DNA产物。该类标记能检测到多个基因座位,多态信息含 量变化范闱大(0.2~0.9),可在对物种没有任何分子生物学研究的情况下进行 多态性分析。所用引物可人工合成,适用于生物界的不同物种。但RAPD标记带在 多数位点呈显性表现,不能提供完整的遗传信息,更主要的是其稳定性和特异性 控制条件较为严格。因此,尽管该标记方法简便快捷,经济实用,检出率高,但 需对大量引物进行筛选, 试验结果对底物有依赖性, 难以实现技术标准化。 此外, 扩增片段是基因组中的随机区域,产物可能是单一序列和重复序列的混合物。 2.1.3 AFLP AFLP的检测原理是使用双链人工接头与基因组DNA酶切片段相连接作为扩增 的模板,对酶切片段进行选择性扩增。由于不同来源的DNA酶切片段存在差异, 导致产生的产物呈多态性。AFLP实际是RFLP与PCR相结合的一种技术,具备如下 特点:(1)多态性强,一般可检测40~150个扩增产物,非常适合绘制品种的指纹 图谱及分类研究。(2)稳定性好,重复性强。由于AFLP采用的限制性酶种类多, 可标记的数目很多。但是,该技术需要使用同位素检测,安全性较差。此外,该 技术已申请专利,仅可用于非赢利的科学研究,如用于育种,则需购买专利。 2.1.4 卫星技术 卫星DNA包括重复单位长约l0~60 bp的小卫星和1~4.bp的微卫星,由重复 单位头尾串联相接而成。 重复单位在不同物种的位点间和同一物种的不同位点间 表现保守性,同一位点重复单位的序列、数目,随物种、群体和个体呈现高度特 异性,因此用克隆的卫星DNA和人工合成的寡聚核甘酸探针进行杂交,可获得具 有个体专一性的限制性片段杂交谱带图,称DNA指纹图。DNA指纹图具有高度变异 性、个体专一性和组织稳定性。卫星DNA除直接作为探针外,还可将其两侧的特 异性序列作为引物,通过PCR扩增卫星片段来分析多态性。 2.1.5 染色体原位杂交 染色体原位杂交是用标记的DNA探针与染色体DNA杂交, 在染色体上直接进行 检测的分析标记技术。在研究内容、方法上将细胞遗传学和分子遗传学相结合。

其最大的优点是准确直观, 主要用于外源染色体的检测、 物种的起源、 演化研究、 物理图谱构建方面。随着标记技术的改进及标记探针的增加,该技术已得到越来 越多的应用.目前最理想的方法是荧光杂交技术。 DNA指纹 2.1.6 DNA指纹 DNA指纹是动物基因组经过适当限制性酶切,经聚丙烯酰胺凝胶或琼脂糖凝 胶电泳、Southern转移、预杂交,再与种群特异性或位点特异性探针杂交,经放 射自显影得到具有种群和个体特异性的DNA谱带图。它由多个RFLP图带组成的具 有高度变异性和个体专一性,且能专一遗传的RFLPs图谱。用于DNA指纹分析的探 针可以是动物基因组克隆出的小卫星或微卫星探针, 也可以是人工合成的小卫星 或微卫星探针,并可进行同一物种内不同个体问或不同物种问的DNA指纹研究。 DNA指纹图主要反映了基因组中卫星DNA的变异情况,而非单一序列的变异情况, 一个探针一次可检测十几个甚至上千个位点在不同物种或同一物种不同个体中 的分布, 具有高度变异性、 个体专一性、 组织稳定性, 是一项非常有价值的技术。 但探针来源困难,基因组探针在一定程度上可解决这一问题, 而基因组探针产 生DNA指纹图的分子基础有待进一步研究。 目前,家禽的品种品系鉴定、遗传多样性研究、遗传距离的估测和基因图谱 的制作等许多方面都应用了分子标记技术,尤其在鸡的标记辅助选择(MAS)方 面研究较多。标记辅助选择能较好解决低遗传力性状、后期表达性状和限性性状 的选择问题,能提高选择强度,缩短世代间隔,提高选择的准确性。同时也可有 目的地导入有利基因或剔除有害基因,拓宽或拓新畜禽的经济用途,提高生产性 能。

标记辅助选择(MAS) 2.2 标记辅助选择(MAS)
与众多的生长性状相比,畜禽中已定位的QTL非常有限,短期内无法了解控 制性状的机理,通过与QTL连锁的DNA标记评估个体的生产潜力,是大多数情况下 的育种模式。称为标记辅助选择。 MAS不仅可在生命的早期开始,不必再等待生产形状完全表现而且突破了限 制性状从单性别选择的局限,对于破坏性试验选择的性状,如屠体、抗体性状也 不必做昂贵的屠宰和疾病应激试验。因此缩短了世代间隔,提高了选择强度,增 加了选择的准确性。

研究发现,在动物标记辅助选择中,遗传标记基因与QTL的连锁程度是决定 MAS的关键因素。二者连锁的越紧密,则其连锁关系在不同家系及群体巾稳定的 可能性就越大,标记辅助选择的效率就越高。

2.3 基因芯片技术 2.3 基因芯片技术
1991年美国Afymetrix公司创造了世界上第一块DNA芯片,2004年该公司又率 先研制成鸡的全基因组芯片。 利用鸡全基因组芯片研究肉鸡腹脂基因表达谱在国 内亦已兴起。 基因芯片(Gene chip)有许多同义名词,如DNA阵列,DNA微阵列,DNA芯片, DNA微芯片等,它是指采用显微打印手段或寡核苷酸原位合成,在固相支持物表 面有序地固定排列上千万条基因片段或寡核苷酸片段,形成DNA微阵列,荧光标 记分子通过体外转录或扩增等技术掺入到样品RNA或DNA当中, 然后荧光标记过的 DNA或RNA样品再与探针进行杂交,通过杂交信号的检测对生物遗传信息进行高 效、快速的分析。目前,基因芯片有多种分类标准,根据载体材料分类,芯片可 分为玻璃芯片、硅芯片、尼龙膜芯片和陶瓷芯片;根据探针成分可将芯片分成3 类:基因组DNA芯片、cDNA芯片和寡聚核苷酸芯片;根据制作方法分类,可分为 合成后交联法和原位合成法。 芯片技术包括载体表面化学修饰、核酸片段制备、芯片制备、标记、杂交、 扫描及数据分析。主要内容如下:①用于包埋、吸附或连接各种生物分子,使生 物分子固相化从而进行反应的固相材料称之为芯片的载体。 载体表面经过修饰后 非常均匀,容易进行非共价的或共价的化学修饰,并且在荧光探针激光波长范围 背景荧光很低,从而减少试验误差。②反向点印迹杂交被标准的基因芯片技术所 采用,探针是固定在载体上的核酸分子,靶分子是与探针杂交的游离核酸。探针 的制备主要有原位合成和合成后交联2种方法。 基因芯片的靶序列需进行荧光 ③ 标记,荧光标记方法分为直接标记和间接标记法。目前最常用的一种标记方法是 直接标记法,即利用反转录酶或PCR反应将荧光染料直接掺人到样品中。④基因 芯片杂交属于固液相杂交 ,固定在载体上的探针与荧光标记的靶分子之间在一 定的条件下进行分子杂交。 ⑤基因芯片一般经过光信号或电信号扫描的方式来收 集信号, 基因芯片扫描仪一般采用荧光检测, 对基因芯片数据进行光采集。 基 ⑥ 因芯片分析主要包括数据采集、数据处理、数据分析和总结报告等步骤 。

目前研究人员共同面临着如何研究众多基因的生物信息、 功能以及基因与基 因之间的表达和调控机制问题。进行以上的研究需要高通量、大规模检测成千上 万条基因在各种生理状态下表达全貌的研究手段, 基因芯片技术可以同时对大量 基因甚至整个基因组的基因表达差异进行对比分析, 并且结果可靠性和可重复性 强、敏感度高,正适合研究动物功能基因组。 芯片技术一出现就在短短的几年时间里得到不断的发展和完善, 已有的资料 表明该项技术在医学诊断、药物筛选、农业、环境检测等诸多领域中具有重大应 用价值。目前,基因芯片技术在家禽育种中广泛应用于基因表达水平检测、发现 新基因、基因多态性分析及突变性检测、预测杂种优势、转基因动物检测等。但 仍存在许多急于解决的问题,主要表现在技术和设备方面。设备方面,芯片制作 需要的仪器设备非常昂贵,如原位合成时用的光刻机器、寡核苷酸合成仪、点样 仪、扫描仪等价格都很昂贵。技术方面,首先是制备探针过程及原位合成技术相 当复杂,受到专利的保护,在合成的过程中有混入杂质而导致差错的可能,从而 降低信噪比和特异性;合成后交联技术与原位合成相比比较简单,但需要获得大 量探针,需要利用扩增技术,而且芯片的集成度不高;由于杂交在固相上进行, 因此杂交会受到空间因素的不利影响;每张芯片上固定了多种探针,所以每种探 针最适合的杂交条件难以统一;复杂的探针自身容易形成二、三级结构,影响靶 序列与其杂交,从而降低芯片结果的准确性。与此同时,其他技术环节上也存在 一些问题,如信号的放大和靶序列的标记需要利用扩增技术,但扩增技术本身会 带来许多不良问题, 导致样品的制备与标记比较繁琐及信号检测的灵敏度也有待 提高。

2.4 2.4 遗传多样性研究
研究不同遗传结构,变异层次遗传分化或变异系统时应用的参数,称之为遗 传多样性参数。诸如:基因局域性分布,基因频率方差及贡献,有效基因数,基 因多样度, 多态位点百分率, 期望杂合度与观察杂合度, 遗传分化系数, 基因流。 遗传多样性参数对于家禽遗传资源的评价、保护和利用有重要作用。鸡的遗传多 样性参数报道最多。 联合国粮农组织已推荐并认为微卫星DNA标记是评估动物遗传多样性的最理 想方法。遗传多样性评估实际上是对品种间和品种内基因组差异进行分析,基因

组学新技术在动物遗传资源保护中将发挥重大作用。

3.家禽育种方向 3.家禽育种方向 3.1 工业化品系选育
工业化品系的选育与杂交配套是我国8O~9O年代的主要课题, 也是现代家禽 生产的必然要求。在此领域中, 目前也存在着两种不同的育种方法。其一是在 杂交群的基础上开展的专门化品系培育,如以往京白和滨白鸡的育种;另一种则 是利用进口祖代鸡中“异型个体”进行所谓复制进口鸡。成功的复制结果往往具 有非常理想的效果,且投入也不大,东南亚、中东等许多国家都进行过这方面的 工作,中国也不例外。近年来,为了满足市场对优质有色羽肉鸡的需求,育种专 家利用进口隐性白羽鸡为母本, 用优良地方鸡作第一父本, 高产蛋鸡作第二父本, 采用这一制种模式,国内先后育成了京星黄鸡、882、新兴2号、康达尔黄鸡、苏 禽96等优质鸡种。

地方鸡种的改良育种(优质鸡育种) 3.2 地方鸡种的改良育种(优质鸡育种)
我国地方鸡种丰富、类型繁多,它们在长期复杂的社会经济条件下,形成的 优良肉品质已引起世界家禽界的高度重视,并都希望用来开展育种工作。1980 年国家科委下达“六五”攻关课题进行优质黄羽肉鸡品系选育,标志着现代优质 鸡育种工作的开始,此时主要应用数量遗传、常规育种技术,利用两个或两个以 上的品种通过杂交创新、纯繁固定、选育提高等环节培育出兼收多个品种优点的 新品种。90 年代开始广泛应用质量性状遗传规律,一方面将矮小型基因 fdw)、 隐性白羽基因(iiccooPPAA)应用于优质鸡的育种; 另一方面利用青色胫基因育成 系列青脚鸡;逐步建立健全了优质鸡良种繁育体系。2001 年开始,全面开展地 方鸡种的系统选育,国家“863”高技术研究发展项目将“利用我国丰富的优良 种质资源,培育生产效益高、营养和风味品质优良的禽类新品种”列为其中的一 个重要研究内容,并将部分肉品质指标纳入优质鸡选种体系。 关于肉鸡品质的研究主要从肌肉组织学及组织化学、肌肉常量化学成分分 析、常规肉品质性状的研究和肌肉风味化学物质研究等诸多方面,涉及遗传学、 育种学、营养学、仪器分析、分子生物学、免疫学、卫生学等众多领域,肉质的 研究是当前国内外研究的热点。

通过应用现代育种技术,不同地方品种相互杂交,通过配合力测定,饲养管 理、选育配套技术、开发利用模式和肉质品质等进行了系统的研究,选出最优的 杂交组合优质鸡。目前为止,全国已有 16 个优质鸡新配套系通过国家级审定, 即江村黄鸡 JH-2 号、江村黄鸡 JH-3 号、新兴黄鸡Ⅱ号、新兴矮脚黄鸡、岭南黄 鸡 I 号、岭南黄鸡Ⅱ号、京星黄鸡 100、京星黄鸡 102、邵伯鸡、鲁禽 1 号、鲁 禽 3 号、皖江黄鸡、皖江麻鸡、五星黄鸡;通过省级审定的优质鸡新品种(配套 系)有百余个。经过 20 多年的发展,我国优质鸡的育种水平和生产性能有了很大 提高;优质鸡生产发展迅速,取得令人瞩目的成绩。据统计,1980 年全国优质 鸡饲养量仅 2.4 亿只,而近年来已达 30 亿只以上。

3.3 家禽抗病抗逆育种
毋庸置疑,鸡的疫病是危害养鸡业发展的第一天敌,使患病鸡只死亡、肉蛋 产量下降、产品品质低劣,防治费用增加,造成惊人的损失。抗病育种将是今后 家禽育种中的重点,也是难点。 目前,防治疾病的传统方法是改善饲养管理、免疫接种、隔离病鸡、药物治 疗等措施,并且取得了相当大的成绩,但并非对所有疫病都有效,时常有疫苗免 疫失败、药物治疗效果差的报道。所以,从长远角度看采用遗传学方法从遗传上 提高对疾病的抗性,是从根本上控制疫病的有效手段。虽然对鸡进行抗病性鉴定 与选育是一项复杂的课题, 但在英美等发达国家, 已逐渐将育种目标转向适应性、 抗病性、繁殖力上,并培育出了一些畜禽抗病品系,用于科学研究和商品生产。 遗传病种类分两种:① 完全由遗传决定,如白化病;②遗传+环境决定,如 高血压。所谓抗病育种指采用遗传学与育种学方法,提高动物对疾病的抵抗力。 其遗传基础: 抗病育种就是对动物的抗逆性或抗性进行选择而培育特定的类群或 品种。抗病力有广义抗病力和狭义抗病力之分。广义抗病力指在人工经营畜牧业 的条件下,家畜抗击各种各样威胁的能力。狭义抗病力是指家畜对寄生虫和传染 病的抗病力,也称特殊抗病力。 抗病育种有3种途径:(1)传统育种方法。通过表型性状进行直接或间接选 育。优点:直观。缺点:世代间隔长,后裔测定费用高,遗传力低的抗病力直选 效果差;受营养和环境影响较大,选育的效果并不明显。(2)转基因育种方法。 插入某一必需基因,或基因修补或转入防御因子。该方法还停留在试验阶段,寻

找抗性基因目前十分艰巨。可能存在生态安全问题,难以被消费者接受,并且需 要不停地跟踪其在大自然中的遗传变异情况。 (3)分子标记辅助选择育种方法。 利用家禽基因组研究成果, 进行分子标记辅助选择, 通过定位抗病基因的主基因, 寻找其连锁极紧密的分子标记。该方法具有可快速、高效、低成本地培育抗病品 系的特点。因此,利用分子标记辅助选择是进行抗病育种较为合适的方法。 抗病育种有巨大的潜在经济效益,正引起全球育种工作者的重视,谁拥有特定的 抗病品种,谁就拥有了新资源。 总而言之, 家禽育种始终要以市场为导向, 以满足消费者需求为目标。 目前, 健康、抗病力强、肉质好、抗热应激、屠宰性状和屠体外观符合消费者需求的家 禽,将是今后家禽育种目标的趋势。


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