分子育种技术及其在猪育种中的应用研究进展

丁丽艳 何宝国 宋斌 韩永胜 李同豹 丁昕颖 李平

摘要：随着分子遗传学和现代生物技术的快速发展，分子数量遗传学也得到了相应的发展，这为动物分子育种技术的发展和应用提供了基础与保障。与传统的育种方法相比，动物分子育种是直接在分子水平上对性状的基因进行选择，选种的准确性更高。现综述动物分子育种及其在猪育种中应用进展，为猪分子育种技术的应用提供参考。

关键词：猪；分子育种；基因；应用

中图分类号：S81

文献标识码：A

文章编号：2095-9737（2018）01-0001-03

自20世纪80年代以来，随着现代分子生物技术和信息技术的迅速发展，动物分子遗传学和动物基因组计划的研究取得了大量的突破性进展，动物育种技术已逐渐从群体水平进入分子水平，从传统育种方法向着快速改变动物基因型方向发展。随着动物分子育种理论基础不断完善，应用技术不断成熟，各种现代生物技术的综合应用，动物（尤其是猪）育种进程得到了飞速的发展。

1 动物分子育种的概念

动物分子育种即利用数量遗传学理论和分子诊断技术来改良动物品种的新型学科，是以分子生物学为基础，遗传学为依据，在DNA分子水平上对家畜品种进行改良，包括转基因技术、克隆技术、胚胎生物技术和分子遗传标记，分子育种技术加快了动物育种速度，改良了动物品种。

由于分子育种是直接在分子水平上对性状基因进行选择，准确性大大提高的同时，也克服了传统育种方法的缺陷。动物分子育种包括两方面内容：一是基因组育种，即在动物重要经济性状基因型分析基础上，通过分子标记技术对动物数量性状基因进行直接选择，或者通过标记辅助导入有利基因或清除不利基因等，建立在基因组变异图谱基础上的全基因组关联分析，以达到更有效地改良动物的目的；二是转基因育种，即通过基因转移技术将外源基因导入某种动物的基因组上，达到改良重要生长性状或非常规育种性状，育成转基因动物新品种（系）的目的。

2 分子育种技术在猪育种中的应用

2.1 生长发育相关性状基因的分子诊断

猪生长发育相关的候选基因研究主要涉及初生重、生长速度以及日增重等，主要包含有IGF2、MC4R、MSTN、MyoG、pGH、Ob、FUT1等基因。

IGF2是一种胰岛素样生长因子，它能促进脂肪沉积，提高猪背膘厚度，对猪的生长发育、瘦肉率等有一定影响。VanLaere等在IGF2内含子3的3072位点上发现一个G突变为A，突变个体瘦肉率和肌肉重量都比野生型个体高。MC4R也是一种影响猪生长育肥性状的主效基因，主要为突变型和杂合型，而高脂肪含量的梅山猪几乎全部为野生型，MC4R突变基因型梅山猪会增加背膘厚，而且在不同品种猪中分布也不同，其中中国地方猪种中呈高频分布，且GG基因型个体的胸、腰、臀部膘厚较AA基因型和AG基因型个体厚。宋成义等利用PCR-RFLPs技术，研究了GH基因部分突变位点对姜曲海猪生产性能的影响，发现其GH基因Apal酶切突变位点G4G4基因型个体0～70日龄日增重和70日龄猪的体重都极显著高于G3G3/G3G4基因型个体。孔路军等实验发现，瘦肉型猪血清中Ob基因含量显著高于脂肪型猪，Ob基因mRNA表达含量和kptin浓度呈高度正相关，两者与初产母猪血清FSH、LH和总产仔数成正相关，与初生个体重呈负相关。赵晓枫等对金华猪IGF15调控序列微卫星座位研究发现274bp和286bp等位基因有利于提高初生重，280bp的等位基因有利于第二胎出生窝重的提高。姜勋平等用PCR - RFLP方法检测139头杂交猪FUT1基因型间肉质和胴体性状差异，发现AA基因型猪3个部位肌肉pH值均比AG基因型的高，肌肉系水力、肉色值、瘦肉率显著高于AG猪（P

2.2 繁殖性状相关基因的诊断

猪繁殖性状相关候选基因的研究主要涉及母猪乳头数和产仔数等，相关的候选基因研究取得了较大进展，主要有ESR、FSHβ、OPN、RBP4、PRLR、RARG、NCOA1、MTNRIA、GnRH、GnRHR、LH、LHR、FSHR等基因。

赵西彪等利用PCR - RFLP方法对144头大约克夏母猪的ESR和FSHp基因进行检测，分析结果ESR和FSHp基因对大约克夏母猪乳头数都有显著影响，且BB型母猪乳头数高于AB型和AA型。柳淑芳等对莱芜猪FSHp基因进行PCR扩增分析，通过测序发现FSHβ基因在莱芜猪种中与控制猪产仔数的主效基因紧密连锁，AA型基因母猪平均每胎比BB基因型母猪多产仔1.2头。李永辉对大白、长白和杜洛克猪NCOA1基因与产仔性状的相关及序列分析，发现NCOA1基因对产仔性状有显著影响，AA型个体产仔数和产活仔数都显著高于BB型个体。Rothschild等对6个商品系母猪所产的仔猪进行RBP4基因检测，发现AA基因型与BB基因型相比，总产仔数、产活仔数都高，这表明RBP4基因影响着猪的繁殖性能。Putnova等在猪PRLR第8外显子到第10外显子区域发现一个HpaⅡ酶切多太位点，且该多太位点显著影响总产仔数和产活仔数。

2.3 肉质性状相关基因的诊断

随着生活水平的提高，人们对肉品质的要求越来越高，对肉品质性状的基因鉴别和定位成为猪育种工作中的一个重点。肉质性状属于数量性状，主要衡量指标有肉色、pH、嫩度、风味、多汁性、系水力、大理石花紋等，与肉品质相关的基因主要有：RYR1、RN、A- FABP、H FABP、MyoD、CaMK、CAST、CAPN等。

发生应激综合症的猪其肉质苍白、松软，切面渗水，称为PSE肉。实验用氟烷麻醉剂可诱导猪应激综合症的发生，对氟烷敏感性状是由一对等位基因Hal控制，HalNH alN个体抗应激能力较强，HalnH aln个体应激较敏感，研究者们对国内外猪种进行基因检测发现，皮特兰猪、比利时系长白猪中n基因频率较高，而杜洛克、约克夏和汉普夏猪中n基因频率较低，属于应激抵抗品种。经研究发现PSE肉是由于发生应激综合症的猪个体尼啶受体基因（ RYRl）突变引起的，但RYR1突变引起肌纤维持续收缩，同时也能刺激肌细胞的伸长和变粗，显著地提高胴体瘦肉率，相对于正常猪，其肌肉更发达。酸肉基因RN可使肌糖原含量升高，猪肉系水力降低，肌肉pH值低，是一个显性遗传基因。RN在汉普夏猪或含有汉普夏猪血统的品种中具有较高的基因频率，在其他猪种中频率较低。孙博兴等将常规选择指数法与应激敏感基因型选择法相结合，应用于军牧l号白猪四、五世代核心群的选种中，使应激敏感基因频率下降了12%。

肌内脂肪存在于肌纤维和肌束之间，影响着肉质的嫩度、多汁性和风味，而A- FABP和H- FABP是肌内脂肪含量的两个重要的候选基因。Gerbens等利用啮齿动物杂交系将猪A- BABP和H- FABP先后定位在6号染色体上和4号染色体上，又发现杜洛克猪A- FABP第1内含子中的微卫星多太性与肌内脂肪含量相关，H - FABP多态性对杜洛克猪和梅山猪肌内脂肪含量影响显著。李长龙等也发现H - FABP、MCAR、ADD1三个基因的多态性分布在梅山猪、苏太猪间存在极显著差异；曲亮等研究HFABP、HSL基因在苏淮猪中的多态性分布，结果H- FABPHinfl位点HH基因型个体的背膘厚极显著低于hh基因型个体，而瘦肉率却极显著高于hh型个体。HSL基因GG基因型个体的背膘厚极显著低于AA基因型个体，而GG基因型个体的瘦肉率为59.89%，极显著高于AA型个体。

研究者们还发现钙蛋白酶（CAPN）和钙蛋白酶抑制蛋白（ CAST）组成钙蛋白酶蛋白水解系统，在肉的嫩化过程中起着关键的作用。Rettenberger等将CAST基因定位于猪的2号染色体，而Ernst等在猪的2号染色体发现5个与CAST连锁的微卫星标记，并将其定位在2q2. 1- q2.4，用于肉质候选基因进行育种。程丰等对新荣昌I系猪的CAST基因多态分析，首次发现的CAST/Msp I酶切位点中DD基因型与肌脂含量IMP（%）存在显著正相关；CASTRsal酶切位点中EF基因型与失水率LMR（%）存在显著负相关。朱砺等分析了MyoD基因在不同品种猪中的分布情况，结果表明在多数地方猪种群体中C基因的分布具有绝对优势，且主要以杂合子AC形式存在。突变型A基因对胴体性状和胴体等级性状的影响较大，可极显著地增加胴体瘦肉率和眼肌面积，降低皮脂含量，提高腿臀比例，增加胴体长度，同时会降低猪肉品质。

2.4 毛色基因的分子诊断

毛色与血型、生化和分子标记都是一种可利用的遗传标记，应用毛色可以评判猪品种的纯度、亲缘关系、遗传稳定性等，所以根据毛色遗传规律能够进行杂交育种，同时为了满足市场的需求，可以对猪的毛色进行选育。

猪的毛色遗传受多个基因座控制，包括A（野灰色位点）、E（毛色扩展基因位点）、B（褐色位点）、C（白化位点）、D（淡化位点）、I（显性白色位点）、Be（白肩带位点）、He（白头或海福特位点）和S（花斑位点）。黑素皮质激素受体（MCIR）基因位于E座位上，并定位于6号染色体的短臂末端，MCIR由948bp的单一外显子构成；Kijas等分析7个猪品种的MCIR编码区发现，猪MCIR共有4个变异体，对应5种不同的E等位基因，不同的等位基因对应不同的突变体，且在不同的品种猪中表达，表现出不同的毛色。邓素华等也对16个全同胞家系和6个中国地方猪研究发现，我国地方猪种在MCIR位点携带高频率的显性黑等位基因EDI。

KIT基因位于I座位，調控着猪的显性白色毛的形成，定位于猪的8号染色体短臂1.2区，I位点对毛色扩展基因E位点呈上位效应，同时对野公猪和大白母猪杂交家系个体的KIT基因分析中发现有色毛表型仅含有片段KIT1，而显性白毛色和斑点表型的个体中含有KIT1和KIT2。Marklund等发现KIT基因的2892bp的编码序列有3个等位基因，I对应完全显性白毛色，等位基因IP则表现出白色有黑斑，在皮特兰猪中发现有KIT重复和IP，KIT重复引起的不同表型是由于KIT重复序列上游外显子150kb处调节因子缺失所致。

2.5 抗病性相关基因的诊断

猪病的预防和治疗每年都会给养猪业带来巨大的经济损失，并且随着病原微生物耐药性的不断增强，对于猪抗病性状的选育也成为研究的重点。主要有受体类基因、免疫类基因、信号传导类基因，包括ETECF4、ETEC F18、RYR1、FUT1、BPI、NRAMP1、Mxl、MHC、TLR等基因。

在猪的疾病研究中，仔猪的腹泻是最常见的疾病，其中由肠毒素大肠杆菌（ETEC）引起的仔猪黄痢、白痢、猪水肿疾病的发病率最高，达56. 2%以上，死亡率接近半数。ETEC分为多种抗原型，其中危害最大的是ETEC F4和ETEC F18两种。研究表明，仔猪体内缺乏ETEC F4和ETEC F18受体，就会对相应的抗原类型大肠杆菌引进的腹泻产生抗性。Vogeli等对E.collF18受体基因研究发现，该受体的表达由等位基因显性控制，并与控制猪血型的S基因及控制应激敏感基因RYR1连锁，应激敏感性越低的猪群表达F18受体的概率越高，且对F18受体易感性与对应激抵抗力呈正相关。

Meijerink等对α-l，2岩藻糖转移酶基因1（FUTl）多态性研究表明，此基因可以作为E.coli F18受体候选基因。猪FUT1的307位点G突变为A，使得苏氨酸代替了丙氨酸，造成了红细胞酶系统改变，导致猪对F18黏附性和敏感性。晏学明等以杜洛克、长白、大白、汉普夏和皮特兰5个猪种为研究对象，结果FUTI基因存在多态性，长白猪与大白猪抗性基因AA型频率差异极显著。袁树楷首次克隆得到了荣昌猪BPI基因全长cDNA序列，并在荣昌猪BPI基因外显子3区段检测到一个新的SNP位点，发现第397位的G突变成A可能对荣吕猪BPI蛋白功能及机体天然免疫力有重要影响。

猪应激综合症是由RYR1基因控制的一种隐性遗传病。分子检测发现，DNA上第1843bp由C突变成T，导致限制性内切酶酶切位点变化，当应激发生时，Ca2+大量非正常释放出来，引进隐性纯合子HalnH aln大量表达，发生肌肉持续收缩，产生灰白水样肉（PSE），因而可以通过酶切图谱鉴别RYR1基因，这对生产上消除RYR1基因影响意义较大。以天然抗性相关的巨噬蛋白基因（ NRAMPl）作为猪抗病力候选基因的研究中，发现NRAMP1基因有5个多态性位点，NRAMP1蛋白可抵抗分枝杆菌、沙门氏菌等多种胞内寄生病原菌的侵蚀，对畜禽机体抗病力影响较大，且在不同的猪品种中NRAMP1等位基因频率差异较大，A等位基因只存在于白色母系中，而C等位基因只在有色的公猪中表达。

3 结语

虽然分子育种技术应用于猪育种中，在猪的生长发育、繁殖和抗病性方面取得了一系列可喜的成果，但是分子育种的研究还不够完善，许多功能基因的研究只限于某一片段，缺乏对全基因序列的研究，且不能作为独立的育种技术进行应用，在今后的研究中，相信随着分子生物技术的不断提高，研究的不断深入，分子育种技术基础将会越来越完善，应用条件日臻成熟，分子育种技术在动物育种中会广泛应用，必将成为动物培育和改良的重要手段，并在动物保种和利用资源进行育种中发挥重要作用。