动物分子育种及其在鱼类育种中的应用

收稿日期：2009-02-27基金项目：国家科技支撑计划（2006BAD01A1204）；黑龙江水产研究所基金科研专项（2008HSYZX-SJ-07）；农业部鱼类生物育种实验室(2008NYBZS-07).作者简介：池喜峰（1982-），男，硕士研究生，主要从事鱼类育种研究.通讯作者：石连玉（1961-）,男，研究员，主要从事鱼类遗传育种研究.鱼类传统育种从1865年孟德尔提出其遗传规律至今已有143年的历史，传统育种技术在我国创造了举世瞩目的成就，然而随着科技的发展却出现了技术上的滞后，超长的育种年限已经造成育种行业的许多瓶颈问题，然而问题的出现总伴随着该行业相关技术的革新，一门新型学科———动物分子育种技术正在悄然兴起，并展现出极大的活力与应用前景。

动物分子育种（Animal molecular breeding ）是依据分子遗传学和分子数量遗传学理论，利用DNA 重组技术，从分子水平上来改良动物品种的新型学科。

狭义的分子育种仅指DNA 改组（DNAshuffling ）[1]；广义的分子育种则包括DNA 改组、DNA 改良和基因改组新技术等内容[2]。

分子育种技术包括以分子标记为主的基因组育种技术（Genome breeding ）和基因转移育种技术(Transgenic breeding)，两者具有很强的互补性，分子标记辅助选择技术不能创造变异，也不能在不同种间进行优良基因的传递，但转基因技术却能达到这个目标。

两者的结合使得分子育种技术较传统的育种方法更能按照人的意愿快速进行物种改良，最近还开发了通过计算机技术进行分子设计，以实现分子育种的最佳方法。

本文就分子育种技术及其在鱼类育种中的应用作以综述。

1基因组育种人及相关模式动物基因组研究的快速发展使人们看到了基因组研究在基础和应用研究中的巨动物分子育种及其在鱼类育种中的应用池喜峰1,2，贾智英1，李池陶1，石连玉1（1.中国水产科学研究院黑龙江水产研究所，黑龙江哈尔滨150070；2.上海海洋大学水产与生命学院，上海，201306）摘要：随着生物技术的迅速发展，动物的育种技术也在更新换代，新型的分子育种正在越来越广泛地被应用于各种动植物育种中，但在鱼类中起步较晚，然而发展却迅速，如目前已在遗传图谱构建、QTL 定位、分子标记辅助育种等方面广泛应用。

本文综述了分子育种的研究内容并结合当前科研动态介绍了其在鱼类育种中的应用现状。

关键词：分子育种；基因组育种；转基因育种；鱼类中图分类号：S963文献标识吗：AAnimal molecular breeding and its application in fish breedingCHI Xi-feng 1,2,JIA Zhi-ying 1,LI Chi-tao 1,SHI Lian-yu 1(1.Heilongjiang River Fishery Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Harbin 150070,China;2.College of Fisheries and Life Science,Shanghai Ocean University,Shanghai,201306,China)Abstract:With the rapid development of biotechnology ，animal breeding technology has also been renewed.New types of molecular breeding technology are increasingly used in animal and plant breeding programs.But it's late in the fish,however,showed a rapid development speed.For example,in genetic map construction,QTL localization and molecular marker assisted breeding.This review showed the research contents of molecular breeding and introduced its application based on the current situation in fish.Key words:molecular breeding;genome breeding;transgenic breeding;fish文章编号：1005-3832（2009）02-0056-06第22卷第2期2009年6月Vol.22，No.2Jun.2009水产学杂志CHINESE JOURNAL FISHERIES大价值[3]，基因组研究是指对基因的结构和功能的全面分析，旨在获得基因组中蕴藏的全部遗传信息。

遗传学家们相信，在解读了控制农业生物经济性状的大部分基因组信息后，将会培育出产量更高、品质更优、抗病力更强的新品种[4]，因此各国纷纷启动了本国农业生物包括水产动物在内的基因组计划。

1.1基因定位基因组育种的一个大的前提是功能基因在染色体上已经定位，这样才能进一步开展各项育种操作。

基因定位(Gene mapping)是指准确地确定控制表型性状的基因在基因组上的位置，包括确定基因在连锁群上的相对位置的遗传定位（Genetic mapping）和确定基因在染色体上具体位置的物理定位（Phys-ical mapping）[5]。

因此，基因定位的主要目的便是建立动物详尽的基因图谱，建立完整而精确的基因图谱一直是育种学家不懈努力的目标。

基因图谱主要包括遗传图谱和物理图谱，前者指通过遗传重组所得到的基因线性排列图[6]，反映的是遗传标记与少数功能基因之间的对应关系；后者是指用遗传重组以外的基因定位方法所得到的基因线性排列图，它以已定位的DNA序列标签位点为路标，以DNA的实际长度为图距，显示染色体上基因的绝对位置关系，图距是DNA碱基数的反映。

构建遗传图谱的工具是具有高度进化保守性的DNA分子标记，包括随机扩增多态性DNA(RAPD)、微卫星（SSR）、扩增片段长度多态性（AFLP）等。

分子标记以其数量多,多态性高，遗传稳定，不受环境及基因表达与否的限制的优点使其成为最有效的作图工具。

孙效文[7]等利用RAPD和SSLP等工具共262个标记构建了鲤鱼的遗传连锁图谱，这是我国首次报道水生生物的遗传图谱。

Kocher[8]用62个微卫星标记和112个AFLP标记首次构建了罗非鱼的遗传连锁图,Yong[9]还利用AFLP、VNTR、SINE构建了虹鳟的连锁图谱。

1.2QTL定位经典遗传理论在分子标记的引入后正逐渐变得完善，主效基因的说法认为每个QTL（Quantitative trait loci）为一个孟德尔因子（Mendel factor），它可能是一个基因，也可能是由两个或两个以上的基因组组成的基因群。

这些QTL的效应大小不相等，有些较大，一个或两个主QTL（Major QTL）就能反映一个数量性状表型变异的10%—50%以上，有些QTL效应很小。

现阶段的研究有：定位的绵羊高繁殖力的主效基因FecB[10]（又称Booloora基因）和对产仔数有主效遗传效应的猪雌激素受体[11]（ESR）。

这方面的研究在鱼类中还比较少，但也做了一些探索。

黑龙江水产研究所对鲤鱼体长性状的研究发现有三对座位HLJ534、HLJ370、HLJ319可能与影响鲤鱼体长性状的主基因连锁，并进一步证明鲤鱼体长由多基因控制[12]。

Jackson等利用RAPD、微卫星和同功酶标记对虹鳟进行了QTL分析得到了8个与耐高温相关的标记，有2个标记（Omy325UoG,Ssa14DU）呈显著相关，并判断此二标记只有加性效应，没有上位效应[13]。

定位数量性状主效基因的分子方法有两种，一是连锁分析（Linkage analysis），即利用多个DNA标记对参与分离群个体连锁分析定位；二是候选基因鉴定（Candidate gene approach）即根据动物生理生化理论，鉴别某种功能基因对某种数量性状的遗传效应。

前面提到绵羊高繁殖力主效基因FecB就是通过连锁分析定位的，而猪雌激素受体（ESR）则通过候选基因确定法确定。

目前已定位的QTL只占基因的少数，远小于应用的要求，精度也有待进一步提高，因此改进和完善QTL定位的方法，提高定位的精度，缩小定位的范围是今后QTL定位研究的主要努力方向。

1.3标记辅助选择伴随着分子遗传学、分子生物技术和数量遗传学的发展而生的遗传标记辅助选择（Marker assisted selection）正在日新月异的走在育种行业中，从其诞生之日起到现在短短的几十年里便经历了三代更新。

从理论上讲，任何一个可观察的表型性状的基因座在连锁图谱上都能找到一个与之连锁的DNA 标记，这便决定了DNA标记必然成为育种学家所青睐的对象。

分子标记的实质是从DNA水平上对基因的结构进行分析，以揭示出整体基因组组成和排列的差异或基因内部的碱基变异，从而估价DNA 变异度和多态性。

分子标记辅助育种利用分子遗传标记，借助于目标基因紧密连锁的遗传标记的基因型分析，鉴定含有目标基因的个体，从而提高了选择效率减少了盲目性，加速了育种进程。

标记辅助选择还不受环境因素的影响，没有性别年龄的限制，可以进行早期选育，缩短时代间隔，大大提高选种效率和精度。

随着各种动物基因组计划的陆续深2期池喜峰等：动物分子育种及其在鱼类育种中的应用·57·入开展许多影响动物重要经济性状的QTL已经或正在被成功定位[14-16]，人们对标记辅助选择的研究将继续深入，标记辅助选择将在动物育种行业中发挥出更强大的优势作用。

2转基因育种转基因育种（Transgenic breeding）要从“超级小鼠”的诞生开始。

1982年美国华盛顿大学R.D. Palmiter教授等将大白鼠的生长激素基因转移到小白鼠受精卵中，所谓的“超级小鼠”便诞生了，它要比正常的小白鼠的体积大一倍。

从此，转基因育种犹如雨后春笋般纷纷出现在世界上各个实验室，育种行业的一场革命从此开始。

动物转基因技术是指将优良的外源功能基因整合到受体细胞染色体上，并在受体动物稳定表达出相应生物学表型的一项高新综合技术，它绽放给育种学家的无限魅力主要包括：一，忽略动物、植物、和微生物之间的差异，使基因在更广泛的意义上共享，极大地扩大育种的范围，打破生物界物种间的生殖隔离障碍，实现基因在生物界的共用性，丰富基因资源；二，采用单基因克隆进行转导，消除与不良基因的连锁，从根本上杜绝原供体不良基因的表达。