驴遗传育种现状与发展趋势

侯浩宾，李海静，张 莉*

（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193；

2.国家胶类中药工程技术研究中心，东阿阿胶股份有限公司，山东 东阿 252201）

驴（Equus asinus L.）是重要的役用家畜，在世界农耕文明中扮演了重要角色。据史料记载，中国北方和西部少数民族在3 500年前已经驯养了驴，并通过马和驴杂交获得了骡，由于数量稀少，异常珍贵，当时被称为奇畜[1]。随着农业机械和交通运输工具的发展普及，驴的役用功能逐渐降低，而肉用、乳用和药用等功能逐渐增加。分子遗传学的发展，使得动物遗传育种由常规的表型选择发展到现在的标记辅助选择，大大提高了动物遗传改良的进程，尤其是基因组学的发展为挖掘驴重要经济性状的功能基因提供了可能。驴遗传育种的研究主要集中在生产性能、mtDNA序列多态性、微卫星标记和功能基因等方面；繁育技术的研究主要集中在同期发情、人工授精和体外胚胎生产等方面。本文对驴遗传育种研究进行了综述，并对未来驴遗传育种研究进行展望。

1 我国驴遗传资源概况

1.1 驴的类型与分布

我国是养驴大国，驴品种资源丰富，其中24个具有地方特色的品种收录于《中国畜禽遗传资源志-马驴驼志》[2]。按其生态类型可将驴分为干旱沙漠型（新疆驴）、干旱半荒漠型（凉州驴）、黄土丘陵沟壑型（佳米驴）、高原山地型（西南驴）、中部平原丘陵型（德州驴）[3]。按体型特征可分为大型驴、中型驴和小型驴三种类型[4]。大型驴体高超过130 cm，体重在260 kg左右，主要包括平原地区（山东、陕西、山西、河北等）的德州驴、关中驴、广灵驴和晋南驴等；中型驴体高在110～130 cm，体重180 kg左右，主要包括高原地区（陕西、甘肃、山西、河北）与平原（河南）地区的庆阳驴、淮阳驴、佳米驴和沁阳驴等；小型驴体高低于110 cm，体重在130 kg左右，其分布范围较广，主要分布在新疆、内蒙古、宁夏、甘肃、陕西以及云南、四川、西藏等省、自治区，包括新疆驴、云南驴、川驴和青海毛驴等。

1.2 驴的存栏量

2016年我国驴存栏量456.9万头，比2015年下降了15.7%，创历史新低。从1990年以来，我国驴的存栏量连续26年呈下降趋势，平均每年约下降25.5万头[5]。驴存栏量连续下滑的原因主要是役用功能被农业机械和现代交通工具所取代以及驴本身的繁殖效率低、繁育速度慢的生物学特性[6]。

2 驴遗传育种研究进展

通过对驴遗传育种发表论文数量的统计，排在前五位的国家由高到低排序分别是意大利、中国、巴西、西班牙和美国，其中意大利、中国和巴西近十年来有所增加[7]。意大利驴存栏量虽比中国少得多，也不及巴西，但意大利的卡梅里诺大学（Univ Camerino）、巴里大学（Univ Bari）和卡塔尼亚大学（Univ Catania）均在驴上进行了深入研究，涉及驴肉品质与胴体性状[8]、理化特性[9]，驴奶蛋白组分[10]、及驴种群多样性研究[11]等。国内对于驴研究主要集中在不同品种的遗传多样性及起源[12]、品种资源的保护与利用[13]、体尺与体重的相关性[14]、驴肉营养成分[15]等方面。

2.1 驴生产性能研究

2.1.1 产肉性能

驴的品种不同，其屠宰性能、肉质理化特征及加工特性有很大差异。在品种方面，德州驴、广灵驴、泌阳驴和疆岳驴可以向肉用方向开发；关中驴和广灵驴肌间脂肪含量较高，可以向高档肉方向开发；而云南驴产肉率较低，不适合作为肉用驴开发[16]。在年龄方面，德州驴的屠宰率、净肉率和胴体产肉率均随年龄的增加而逐渐下降，2.5～3.5岁改良德州母驴的屠宰性能最佳，食用品质好，为最适宜屠宰和食用的年龄段[17]。意大利地区的Martina Franca驴在不同屠宰年龄以及不同哺乳方式下驴肉品质具有明显差异，结果表明18月龄的自然哺乳驴要比12月龄的驴具有更高的肌间脂肪和蛋白质含量[18]。研究者还对不同年龄育肥驴的驴肉进行了营养成分分析，发现随年龄增加，驴肉中干物质、脂肪、能量上升，粗蛋白、灰分下降[19]。在育肥方面，断奶驴不宜作为肥育肉用；成年退役驴以63 d强度肥育较好；1.5岁驴可短期（63 d，83 d）强度肥育生产优质驴肉，或肥育数月生产高中档驴肉[20]。不同性别的德州驴其生产性能和屠宰性能存在显著差异，母驴比公驴日增重高9.44%，肥育性也要高于公驴，而出皮率低于公驴[21]。在杂交改良方面，利用新疆驴和关中驴杂交改良，可以提高驴的产肉性能[22]。在体型选择方面，体重和体尺相关性研究表明疆岳驴的胸围对体重的影响最大，体高次之，体长最小；疆岳驴在选育、提纯复壮和保种时应加大对胸围、体高和体长的选择力[23]。

2.1.2 产奶性能

与牛、羊相比，驴的产奶特性非常特殊。国外报道了驴奶主要成分的昼夜节律性，观察到体细胞数和pH没有昼夜节律性，乳脂和乳糖含量在夜间达到高峰，蛋白质含量在白天达到高峰[24]。国内的疆岳驴在一个泌乳期内，最高挤乳量可达893 kg，具有选育为乳用型驴品种的潜力[25]。意大利Ragusana驴的日产奶量、泌乳周期和驴奶的特性变化均取决于产驹季节，春天驴的产奶量和质量都是最好的；在泌乳期，驴奶产量持续下降，蛋白质和脂肪含量也呈下降趋势，而乳糖含量呈上升趋势[26]。

2.2 驴遗传多样性研究

2.2.1 线粒体DNA（mtDNA）研究

细胞色素b（Cytb）是线粒体的一个氧化磷酸化系统III蛋白复合体组成部分，由线粒体基因组Cytb基因编码。mtDNA序列多态性分析揭示了埃塞俄比亚驴的遗传多样性和母系遗传特征，结果表明埃塞俄比亚可能是非洲家驴多样性的中心之一[27]。国内首次对德州驴的全线粒体基因组进行了测序和组装，系统发育分析表明德州驴可能起源于非洲[28]。在我国四个家驴品种群体中发现了丰富的mtDNA多样性和两个截然不同的线粒体母性世系，即索马里和努比亚种间mtDNA D-loop区的遗传变异及遗传指数分析表明该群体具有较高的群体遗传多样世系；家驴Cytb基因的遗传变异格局表明这两个世系没有发生过群体扩张事件[29]。意大利六个驴品种间mtDNA D-loop区的遗传变异及遗传指数分析表明该群体具有较高的群体遗传多样性[30]。中国四个地方驴品种mtDNA D-Loop区部分序列分析揭示了我国的家驴可能起源于非洲野驴的一个分支—索马里野驴[31]。同时，我国4个家驴品种21个个体的mtDNA D-loop区399 bp序列的研究表明我国的驴遗传多样性正逐步丧失，需要加强驴种质资源保护[32]。

2.2.2 微卫星标记研究

国内外对利用微卫星标记揭示驴不同品种间的遗传变异性进行了诸多报道。国外学者用13个马微卫星位点对5个濒危的西班牙驴品种遗传多样性进行了比较，根据DA距离矩阵构建树状图表现出西班牙驴品种间的差异不大[33,34]。Matassino等[35]利用微卫星分子标记评价了Amiata驴和拉齐奥区（意大利行政区名）Viterbese驴种群的遗传多样性以及相似性。研究表明Viterbese驴遗传变异的丢失主要是来源于被忽视的亚群体结构（Wahlund效应），而不是近亲繁殖、无效等位基因或者选择的影响。国内学者利用24对微卫星标记对中国8个大、中型驴品种遗传多样性进行了检测分析，采用邻接法构建系统发生树，并进行了系统发生分析，结果表明该群体基因多态性和遗传多样性相对较高；其中大型品种关中驴、晋南驴、广灵驴、德州驴和中型品种庆阳驴聚为一类，中型品种泌阳驴、淮阳驴和佳米驴聚为另一类，各驴种的分子系统发生关系与其育成史和地理分布基本一致[36]。新疆3个地方驴群体的微卫星标记研究表明该群体均表现出高度多态性[37]。乌头驴和三粉驴是德州驴的两个品系，通过检测两个品系13对微卫星位点揭示了两个驴品系的遗传杂合度均偏低，遗传变异程度较小，其中三粉驴的遗传多态性高于乌头驴[38]。此外，我国5个驴品种（关中驴，德州驴，华北驴，晋南驴，广灵驴）的微卫星标记分析还揭示了这5个品种的遗传多样性相对较高，但广灵驴和晋南驴出现杂合子赤字，需要加强遗传资源的保护[39]。

2.3 驴重要经济性状功能基因研究

2.3.1 生长和皮用性状相关基因

Myostatin（MSTN）基因对骨骼肌生长发育具有负调控作用，该基因的变异对调控哺乳动物骨骼肌生长起重要作用。LIU等[40]分析了中国13个驴品种MSTN基因的单核苷酸多态性（SNPs），对4个新的单核苷酸多态性进行了检测和基因分型，构建了不同物种间MSTN基因进化树，9个聚类结果与物种分化的事实一致。国内科研人员还对Cytb（细胞色素b）基因[41]、生长素基因[42]、DGAT2基因[43]与生长性状进行了关联分析，基因分型结果表明Cytb基因与云南驴的尻宽和德州驴的体高显著相关；生长素基因序列在1267位的C→G可能影响到驴的生长发育；DGAT2基因存在多态性，其第3内含子有两种等位基因A和B，存在AA和AB两种基因型，其中AB型存在碱基发生A→G的突变，使赖氨酸突变为精氨酸，可以作为驴体尺性状的候选分子遗传标记。驴皮含有丰富的胶原蛋白，是阿胶的重要原料。新疆驴驴皮中I型胶原蛋白2个亚基基因（COL1A1、COL1A2）mRNA的表达量及其蛋白含量的差异分析表明6～7岁年龄段的驴皮中COL1A1、COL1A2基因的表达量及其蛋白含量显著高于其他各年龄段，确定了6～7岁年龄段为宰驴取皮的最佳年龄段[44]。

2.3.2 乳用性状相关基因

CSN1S2基因编码产生的αS2酪蛋白是反刍动物和马科动物奶中三个钙敏感酪蛋白之一。CSN1S2 cDNA的克隆测序和序列分析，鉴定了CSN1S2 I基因的两个突变（外显子12第119 nt T→C；外显子14第12 nt G→A）和CSN1S2 II基因的一个突变（内含子1第197 nt A→G）[45]。PRLR基因是一类重要的参与乳蛋白合成的基因，能够调控乳蛋白基因的表达[46]。该基因的突变与疆岳驴泌乳性状存在关联性，可以作为疆岳驴乳用型选育的分子遗传标记[47]。驴β-LG II基因座具有高度多态性，目前国外学者已经发现了 6 个变异分别命名为 A[48]、B、C[49]、D[50]、E[51]和 F[52]，其中 F 位点与驴乳 β-LG II蛋白不表达或低表达有关。

2.3.3 毛色相关基因

KIT基因的变异在马中能够引起一系列白色表型，可以选择KIT基因作为影响驴白斑和白色两个毛色表型的候选基因。研究人员通过对KIT基因21个外显子的突变分析发现白色驴存在错义突变（c.662A＞C；p.Tyr221Ser）；而白斑驴存在第二种突变 （c.1978+2T＞A）[53]。许多动物的白化症是由酪氨酸酶（tyrosinase，TYR）基因的突变引起的，酪氨酸酶是合成真黑素和棕黑素两种黑色素的关键酶。意大利的Asinara白化驴TYR基因突变分析发现了一个高度保守的氨基酸位置有一个错义突变 （c.604C＞G；p.His202Asp）与该驴的白化表型显著相关[54]。另外，还有研究发现ASIP基因的一个突变（c.34902T65＞65C）与法国驴品种的黑色表型相关[55]。

3 驴繁殖技术研究

3.1 同期发情

同期发情在很多家畜和家禽中已经得到了很好的应用，目前该技术在驴上的应用和研究尚未成熟。何良军等[56]运用PGF2α（前列腺素F2α）和氯前列烯醇处理,诱导驴同期发情,对比两种药物的同期发情发现PGF2α比氯前列烯醇对驴同期发情的作用效果好。而人为给同一头母驴注射PMSG（孕马血清促性腺激素）与自然发情相比,驴的发情和排卵周期无显著差异，并且PMSG处理不能使母驴超数排卵[57]。

3.2 人工授精技术

驴的繁殖周期很长，且为单胎动物，群体扩繁慢。运用人工授精技术可以提高优秀种公驴的利用价值、提高母驴繁殖力，同时还有助于恢复驴濒危品种的群体。首先，要选择体型高大匀称，睾丸发育良好的种公驴；对于选好的种公驴可全年进行精液的采集和冷冻保存，而冬季为发情淡季，适当调教种公驴后才可采精；隔天采一次或每周采三次是最理想的采精频率[58]。国内科研人员通过对5种冷冻保存液的精液保存效果比较发现：乳糖-葡糖-甘油-卵黄液为最佳种冷冻保存液（P＜0.05）；甘油为最佳冷冻保护剂,其适宜浓度为5%，精子冻后活率平均为0.36，畸形率≤27.4%，顶体完整率82.2%，解冻后常温下精子存活时间为8.2 h[59]。同时，国外有研究表明利用甘油或者乙二醇作为冷冻保护液对精液活力和受孕率无显著影响[60]。国外还报道了自动化冷冻精液的方法相比传统的方法，精液表现出较高的活力；运用驴新鲜精液增加每一次剂量的精子细胞数以及增加人工授精次数能够提高母驴的受孕率[61]。直肠引导深角授精技术（TRG）和宫腔镜深角授精技术（HYS）是目前人工授精最常用的2种方式[62]，研究表明TRG和HYS两种授精技术对驴受孕率无显著影响[63,64]。同时，Hayden等[65]发现当输精量足够时，利用这两种授精技术处理的母驴受孕率无显著差异。

3.3 体外胚胎生产

驴的胚胎体外生产技术远远落后于其他家畜，主要是由于对驴排卵机制的研究基础薄弱，而且驴活体采卵、卵母细胞体外保存与培养、体外受精等技术的应用尚处在起步阶段。驴卵泡直径大约每天增加1.5～3 mm，优势卵泡平均每天增长2.1 mm，发情周期在20～24 d之间，发情一般持续5～7 d，约在发情停止前1 d排卵[66]。驴卵母细胞的体外成熟（IVM）比马卵母细胞的IVM慢，并且驴卵母细胞的IVM的最佳时间可能是34 h[67]。杜兴雨等[68]通过分析不同浓度冷冻保护液及冷冻载体对驴卵母细胞成熟率的影响，可以筛选出较优的冷冻保护液，研究表明开放式拉长塑料细管作为冷冻载体的效果显著优于普通玻璃细管。这些条件为建立驴的体外受精（IVF）技术及体外胚胎生产技术提供了前提条件。

4 未来发展趋势

近年来，随着分子遗传育种的发展，家畜重要经济性状形成的遗传机制不断被揭示。在功能基因研究方面，筛选和鉴定了诸多调控家畜繁殖、抗病、产肉、产奶等重要经济性状的功能基因，部分重要经济性状的QTL位点被定位。目前，我国驴品种的培育主要是通过传统的育种方式实现的。如何将常规育种与分子育种结合起来培育新品种是驴遗传育种发展的重要研究方向。

4.1 驴品种资源评价与保护利用

建立驴品种表型数据库和遗传资源基因库，建设种质资源共享平台。通过对驴品种资源系统化的产肉、产奶、产皮、抗逆性等重要性状的评价，为保护种质资源，培育专门化的驴品种提供理论依据。一些濒危的驴品种可能在产肉、产奶等生产性能方面不具有优势，但对于环境的适应性、抗逆性等方面具有重要的科研价值，是驴产业可持续发展的宝贵资源，应给予重点保护。在保护的同时也要加强驴品种的选育与利用，而运用现代分子生物学技术和繁殖技术可以加快驴遗传育种的进程。

4.2 基因组测序在驴育种领域的应用

伴随着全基因组测序技术的发展，牛、马、牦牛、家猪、山羊等重要家畜的基因组已被陆续解析，大量影响重要经济性状的候选基因被鉴定出来。最近，丹麦科学家在Science上公布了最新的家驴近染色体级别的参考基因组，为未来驴重要经济性状功能基因的挖掘与鉴定提供了重要条件。利用全基因组关联分析（GWAS）可以定位调控重要经济性状的位点，运用功能基因组数据分析揭示基因功能、表达调控机制和调控网络，进而通过定位、分离、克隆出与驴产肉、产奶、产皮、抗病等相关的功能基因。同时，可以运用在其他动物上已经鉴定出来影响重要经济性状的功能基因作为候选基因，在驴基因组上进行验证。

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