标记辅助选择

寻找分子遗传标记的主要方法

标记辅助选择是寻找分子遗传标记的主要方法、MAS育种等的方法。

简介

（一）MAS与QTL

现代数量遗传学的原理和方法在猪育种实践中的应用取得了巨大成功，如今它对一些遗传力高且呈连续性正态分布的数量性状仍然是必不可少的选择方法。但对于低遗传力性状，如母猪的产仔数等，选择反应并不理想。因此，动物遗传育种学家从分子遗传水平上找到性状的遗传差异或与数量性状连锁的遗传标记，从而实现真正的基因型选择。分子遗传学及测定技术的飞速发展，对家畜基因组分析的深入研究起了有力的推动作用。通过基因组分析可以从核酸水平认识遗传物质，鉴定基因功能单元及摸清其作用机理并确定控制表型性状的基因或与该基因紧密连锁的遗传标记，在此基础上可对家畜直接进行基因型选择或标记辅助选择，且不受性别、时间和环境等因素的影响。基因组分析有多种方法，候选基因法和连锁分析法是鉴定数量性状基因位点的两种基本方法，它们分别用候选基因或遗传标记与表型性状进行连锁分析来鉴定或定位数量性状基因位点。连锁分析法至今引人注目，在欧美等国几年前就已开展了研究，该方法需要建立参考家系，耗资巨大；而候选基因法具有统计功效强、应用广、费用低和操作简单等优点，适合在我国现阶段开展研究。

Stam（1986）提出通过限制性片段长度多态性（RFLP），可对生物有机体的基因组进行标记，利用标记基因型能非常准确地估计数量性状的育种值，以该育种值为基础的选择，称为标记辅助选择（marker assisted selection,MAS）。Lander和Thompson（1990）定义标记辅助选择，为把分子遗传学方法和人工选择相结合达到农艺性状（agricultural traits）最大的遗传改进，人们进一步将MAS定义为以分子遗传学和遗传工程为手段，在连锁分析的基础上，运用现代育种原理和方法，实现农艺性状最大的遗传改进。

数量性状位点（QTL）指占据一特定染色体区域的微效多基因群。它可能控制某个经济性状并存在与某个易于检测的DNA分子标记紧密连锁的可能性。因此，利用分子生物学技术探测猪DNA标记，分析遗传标记与重要经济性状的遗传连锁关系，是当今世界猪遗传育种研究的焦点。

MAS是通过对遗传标记的选择，间接实现对控制某性状的QTL的选择，从而达到对该性状进行选择的目的；或者通过遗传标记来预测个体基因型值或育种值。然而，MAS的效能虽受取样及分析方法的影响，但更主要的是取决于所选用的遗传标记及QTL，并对它们分别有严格的要求。分子标记辅助选择，显著地为改良像猪产仔数遗传力低的生产性状提供了新的途径。但有效地利用分子标记作辅助选择的前提条件是：控制这类性状的基因必须精确定位。基因被定位克隆后，这下地基因如何调控生产性状表型或参与相关生化途径的遗传规律就可以得到阐明。

MAS具有的优点是：当起始基因位点之间连锁不平衡值很大时，标记位点选择比直接选择更有效，这一点在清除隐性有害基因时非常明显；不受性别的限制，如繁殖性状；早期选择，如繁殖性状和胴体性状；节省成本。

寻找方法

（二）寻找分子遗传标记的主要方法

DNA标记主要分为两类型：Ⅰ型标记物，主要是一些单基因，用于比较各品种同源位点的相对距离及连锁和线性相关性；Ⅱ型标记物，主要是多态性高、信息含量丰富的DNA片段，其中最常用的是微卫星标记。分子标记的种类越来越多，主要种类有限制性片段长度多态笥（RFLP）、随机扩增多态DNA（RAPD）、扩增片段长度多态性（AFLP）、微卫星（Microsatellites）等。目前，世界关于猪的研究中共有标记2505个，含微卫星标记1391个；Ⅰ型标记873个，Ⅱ型标记1632个。

寻找分子遗传标记的主要方法有候选基因法和基因组扫描法。

1. 候选基因法作为某个性状的候选基因通常是一些已知其生物学功能和核酸序列的基因，它们参与性状的生长发育过程。这些基因可能是结构基因、调节基因或是在生化代谢途径中影响性状表达的基因。候选基因法研究要遵循一定的步骤，如候选基因的选择引物设计，基因特定片段的扩增，多态位点的寻找等。候选基因法是利用那些被认为对于一个性状有直接生理功能的基因，去寻找QTL；此外，在其他物种发现的控制一些性状的基因可作为猪的候选基因进行研究。如心脏脂肪酸结合蛋白（H-FABP）基因，影响猪的背膘厚和肌内脂肪含量（Gerbens等，1999；2000；2001）；黑素皮质激素受体4（MC4R）基因与猪的采食量、背膘厚及生长速度显著相关（Kim等，1999；2000）。

2. 基因组扫描法猪的19对染色体上储存了全部的遗传信息。通过建立参考家系，如梅山×欧美猪种、野公猪×大白猪，并且利用它们的杂交后代通过遗传标记去寻找QTL。最有效的设计是F2代分离群进行基因型分析，图4-2就是一个进行单遗传标记和连锁QTL分析的简单示意图。在F1代中遗传标记及其连锁QTL的等位基因为杂合子。F2代分离群中，每个座位的三种可能基因型的比率应为1：2：1，这时比较标记基因型的平均性能，就可以分析连锁QTL的存在。

Anderson等（1994），报道了用野公猪×大白猪建立的参考群的研究结果，利用遗传图谱中105个DNA标记，对分离群F2代200头猪进行连锁分析的研究中发现：第4号染色体存在控制猪生长率和背膘的座位，平均基因效应分别为24g/d和5mm，相当于F2代群体总表型变异的12%和18%。在两个极端纯合子基因型个体间，日增重可以相差50g以上，这造成了猪在上市时体重相差10kg。

（三）MAS育种

在猪育种选择中，对遗传力较低（如繁殖性状）、度量费用昂贵（如抗病性）、表型值在发育早期难以测定（如瘦肉率）或限性表现（如产奶量）的性种效率。据估计，对种公畜先进行标记选择再进行后裔测定，选择反应可友提高10%~15%；同胞选择结合MAS可提高40%左右。综合多个遗传标记与性状信息的选择指数，可使选择反应提高50%~200%。在杂交育种中利用标记选择，可以预测和充分利用杂种优势。分子遗传标记还可应用于早期选择以及筛选和检测很大的群体，以选择出具有所需基因型的群体。

例如猪产仔数这一低遗传力性状，用传统方法改良进展甚微。Rothschild等在1994年发现雌激素受体（ESR）基因是猪产仔数的主效基因之一，该座位在中国梅山猪合成系中可以控制1.5头总产仔数和1头活产仔数。在中国二花脸杂交群中，中国农业大学不但证实了Rothschild等人的研究结果，同时还发现了另外一个控制猪产仔数的主效基因座位——FSHβ，这个基因座位可以控制2.0头总产仔数和1.5头活产仔数。

虽然，MAS可提高选择的有效性和年遗传改进量，但MAS的效能亦受到很多因素的影响，除性状的遗传力、选择强度、被选群体大小之外，决定因素是遗传标记与QTL的连锁程度。Zhang（1992）指出，利用与QTL十分紧密连锁的遗传标记，可将每个QTL特异地检测出，最终对遗传标记的选择会相当于对QTL本身的选择。因此，要提高MAS的效能，必须获得与QTL紧密连锁的遗传标记。目前，通过建立猪资源家系，已经将一些与生长、胴体、肉质和繁殖等相关的QTL定位在某些微卫星附近，如3号染色体上微卫星Sw2427—Sw251区域与猪的日增重、4号染色体上S0101—S0107区域与背膘腹脂、7号染色体上S0064—S0066区域与胴体组成和初生重有着很大的相关性。可以预见，随着更多与QTL紧密连锁遗传标记的发现，MAS在实际育种中将会得到更有效的应用。

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