分子育種技術及其在豬育種中的應用研究進展

丁麗艷 何寶國 宋斌 韓永勝 李同豹 丁昕穎 李平

摘要：隨著分子遺傳學和現代生物技術的快速發展，分子數量遺傳學也得到了相應的發展，這為動物分子育種技術的發展和應用提供了基礎與保障。與傳統的育種方法相比，動物分子育種是直接在分子水平上對性狀的基因進行選擇，選種的準確性更高。現綜述動物分子育種及其在豬育種中應用進展，為豬分子育種技術的應用提供參考。

關鍵詞：豬；分子育種；基因；應用

中圖分類號：S81

文獻標識碼：A

文章編號：2095-9737（2018）01-0001-03

自20世紀80年代以來，隨著現代分子生物技術和信息技術的迅速發展，動物分子遺傳學和動物基因組計劃的研究取得了大量的突破性進展，動物育種技術已逐漸從群體水平進入分子水平，從傳統育種方法向著快速改變動物基因型方向發展。隨著動物分子育種理論基礎不斷完善，應用技術不斷成熟，各種現代生物技術的綜合應用，動物（尤其是豬）育種進程得到了飛速的發展。

1 動物分子育種的概念

動物分子育種即利用數量遺傳學理論和分子診斷技術來改良動物品種的新型學科，是以分子生物學為基礎，遺傳學為依據，在DNA分子水平上對家畜品種進行改良，包括轉基因技術、克隆技術、胚胎生物技術和分子遺傳標記，分子育種技術加快了動物育種速度，改良了動物品種。

由于分子育種是直接在分子水平上對性狀基因進行選擇，準確性大大提高的同時，也克服了傳統育種方法的缺陷。動物分子育種包括兩方面內容：一是基因組育種，即在動物重要經濟性狀基因型分析基礎上，通過分子標記技術對動物數量性狀基因進行直接選擇，或者通過標記輔助導入有利基因或清除不利基因等，建立在基因組變異圖譜基礎上的全基因組關聯分析，以達到更有效地改良動物的目的；二是轉基因育種，即通過基因轉移技術將外源基因導入某種動物的基因組上，達到改良重要生長性狀或非常規育種性狀，育成轉基因動物新品種（系）的目的。

2 分子育種技術在豬育種中的應用

2.1 生長發育相關性狀基因的分子診斷

豬生長發育相關的候選基因研究主要涉及初生重、生長速度以及日增重等，主要包含有IGF2、MC4R、MSTN、MyoG、pGH、Ob、FUT1等基因。

IGF2是一種胰島素樣生長因子，它能促進脂肪沉積，提高豬背膘厚度，對豬的生長發育、瘦肉率等有一定影響。VanLaere等在IGF2內含子3的3072位點上發現一個G突變為A，突變個體瘦肉率和肌肉重量都比野生型個體高。MC4R也是一種影響豬生長育肥性狀的主效基因，主要為突變型和雜合型，而高脂肪含量的梅山豬幾乎全部為野生型，MC4R突變基因型梅山豬會增加背膘厚，而且在不同品種豬中分布也不同，其中中國地方豬種中呈高頻分布，且GG基因型個體的胸、腰、臀部膘厚較AA基因型和AG基因型個體厚。宋成義等利用PCR-RFLPs技術，研究了GH基因部分突變位點對姜曲海豬生產性能的影響，發現其GH基因Apal酶切突變位點G4G4基因型個體0～70日齡日增重和70日齡豬的體重都極顯著高于G3G3/G3G4基因型個體。孔路軍等實驗發現，瘦肉型豬血清中Ob基因含量顯著高于脂肪型豬，Ob基因mRNA表達含量和kptin濃度呈高度正相關，兩者與初產母豬血清FSH、LH和總產仔數成正相關，與初生個體重呈負相關。趙曉楓等對金華豬IGF15調控序列微衛星座位研究發現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窩重的提高。姜勛平等用PCR - RFLP方法檢測139頭雜交豬FUT1基因型間肉質和胴體性狀差異，發現AA基因型豬3個部位肌肉pH值均比AG基因型的高，肌肉系水力、肉色值、瘦肉率顯著高于AG豬（P

2.2 繁殖性狀相關基因的診斷

豬繁殖性狀相關候選基因的研究主要涉及母豬乳頭數和產仔數等，相關的候選基因研究取得了較大進展，主要有ESR、FSHβ、OPN、RBP4、PRLR、RARG、NCOA1、MTNRIA、GnRH、GnRHR、LH、LHR、FSHR等基因。

趙西彪等利用PCR - RFLP方法對144頭大約克夏母豬的ESR和FSHp基因進行檢測，分析結果ESR和FSHp基因對大約克夏母豬乳頭數都有顯著影響，且BB型母豬乳頭數高于AB型和AA型。柳淑芳等對萊蕪豬FSHp基因進行PCR擴增分析，通過測序發現FSHβ基因在萊蕪豬種中與控制豬產仔數的主效基因緊密連鎖，AA型基因母豬平均每胎比BB基因型母豬多產仔1.2頭。李永輝對大白、長白和杜洛克豬NCOA1基因與產仔性狀的相關及序列分析，發現NCOA1基因對產仔性狀有顯著影響，AA型個體產仔數和產活仔數都顯著高于BB型個體。Rothschild等對6個商品系母豬所產的仔豬進行RBP4基因檢測，發現AA基因型與BB基因型相比，總產仔數、產活仔數都高，這表明RBP4基因影響著豬的繁殖性能。Putnova等在豬PRLR第8外顯子到第10外顯子區域發現一個HpaⅡ酶切多太位點，且該多太位點顯著影響總產仔數和產活仔數。

2.3 肉質性狀相關基因的診斷

隨著生活水平的提高，人們對肉品質的要求越來越高，對肉品質性狀的基因鑒別和定位成為豬育種工作中的一個重點。肉質性狀屬于數量性狀，主要衡量指標有肉色、pH、嫩度、風味、多汁性、系水力、大理石花紋等，與肉品質相關的基因主要有：RYR1、RN、A- FABP、H FABP、MyoD、CaMK、CAST、CAPN等。

發生應激綜合癥的豬其肉質蒼白、松軟，切面滲水，稱為PSE肉。實驗用氟烷麻醉劑可誘導豬應激綜合癥的發生，對氟烷敏感性狀是由一對等位基因Hal控制，HalNH alN個體抗應激能力較強，HalnH aln個體應激較敏感，研究者們對國內外豬種進行基因檢測發現，皮特蘭豬、比利時系長白豬中n基因頻率較高，而杜洛克、約克夏和漢普夏豬中n基因頻率較低，屬于應激抵抗品種。經研究發現PSE肉是由于發生應激綜合癥的豬個體尼啶受體基因（ RYRl）突變引起的，但RYR1突變引起肌纖維持續收縮，同時也能刺激肌細胞的伸長和變粗，顯著地提高胴體瘦肉率，相對于正常豬，其肌肉更發達。酸肉基因RN可使肌糖原含量升高，豬肉系水力降低，肌肉pH值低，是一個顯性遺傳基因。RN在漢普夏豬或含有漢普夏豬血統的品種中具有較高的基因頻率，在其他豬種中頻率較低。孫博興等將常規選擇指數法與應激敏感基因型選擇法相結合，應用于軍牧l號白豬四、五世代核心群的選種中，使應激敏感基因頻率下降了12%。

肌內脂肪存在于肌纖維和肌束之間，影響著肉質的嫩度、多汁性和風味，而A- FABP和H- FABP是肌內脂肪含量的兩個重要的候選基因。Gerbens等利用嚙齒動物雜交系將豬A- BABP和H- FABP先后定位在6號染色體上和4號染色體上，又發現杜洛克豬A- FABP第1內含子中的微衛星多太性與肌內脂肪含量相關，H - FABP多態性對杜洛克豬和梅山豬肌內脂肪含量影響顯著。李長龍等也發現H - FABP、MCAR、ADD1三個基因的多態性分布在梅山豬、蘇太豬間存在極顯著差異；曲亮等研究HFABP、HSL基因在蘇淮豬中的多態性分布，結果H- FABPHinfl位點HH基因型個體的背膘厚極顯著低于hh基因型個體，而瘦肉率卻極顯著高于hh型個體。HSL基因GG基因型個體的背膘厚極顯著低于AA基因型個體，而GG基因型個體的瘦肉率為59.89%，極顯著高于AA型個體。

研究者們還發現鈣蛋白酶（CAPN）和鈣蛋白酶抑制蛋白（ CAST）組成鈣蛋白酶蛋白水解系統，在肉的嫩化過程中起著關鍵的作用。Rettenberger等將CAST基因定位于豬的2號染色體，而Ernst等在豬的2號染色體發現5個與CAST連鎖的微衛星標記，并將其定位在2q2. 1- q2.4，用于肉質候選基因進行育種。程豐等對新榮昌I系豬的CAST基因多態分析，首次發現的CAST/Msp I酶切位點中DD基因型與肌脂含量IMP（%）存在顯著正相關；CASTRsal酶切位點中EF基因型與失水率LMR（%）存在顯著負相關。朱礪等分析了MyoD基因在不同品種豬中的分布情況，結果表明在多數地方豬種群體中C基因的分布具有絕對優勢，且主要以雜合子AC形式存在。突變型A基因對胴體性狀和胴體等級性狀的影響較大，可極顯著地增加胴體瘦肉率和眼肌面積，降低皮脂含量，提高腿臀比例，增加胴體長度，同時會降低豬肉品質。

2.4 毛色基因的分子診斷

毛色與血型、生化和分子標記都是一種可利用的遺傳標記，應用毛色可以評判豬品種的純度、親緣關系、遺傳穩定性等，所以根據毛色遺傳規律能夠進行雜交育種，同時為了滿足市場的需求，可以對豬的毛色進行選育。

豬的毛色遺傳受多個基因座控制，包括A（野灰色位點）、E（毛色擴展基因位點）、B（褐色位點）、C（白化位點）、D（淡化位點）、I（顯性白色位點）、Be（白肩帶位點）、He（白頭或海福特位點）和S（花斑位點）。黑素皮質激素受體（MCIR）基因位于E座位上，并定位于6號染色體的短臂末端，MCIR由948bp的單一外顯子構成；Kijas等分析7個豬品種的MCIR編碼區發現，豬MCIR共有4個變異體，對應5種不同的E等位基因，不同的等位基因對應不同的突變體，且在不同的品種豬中表達，表現出不同的毛色。鄧素華等也對16個全同胞家系和6個中國地方豬研究發現，我國地方豬種在MCIR位點攜帶高頻率的顯性黑等位基因EDI。

KIT基因位于I座位，調控著豬的顯性白色毛的形成，定位于豬的8號染色體短臂1.2區，I位點對毛色擴展基因E位點呈上位效應，同時對野公豬和大白母豬雜交家系個體的KIT基因分析中發現有色毛表型僅含有片段KIT1，而顯性白毛色和斑點表型的個體中含有KIT1和KIT2。Marklund等發現KIT基因的2892bp的編碼序列有3個等位基因，I對應完全顯性白毛色，等位基因IP則表現出白色有黑斑，在皮特蘭豬中發現有KIT重復和IP，KIT重復引起的不同表型是由于KIT重復序列上游外顯子150kb處調節因子缺失所致。

2.5 抗病性相關基因的診斷

豬病的預防和治療每年都會給養豬業帶來巨大的經濟損失，并且隨著病原微生物耐藥性的不斷增強，對于豬抗病性狀的選育也成為研究的重點。主要有受體類基因、免疫類基因、信號傳導類基因，包括ETECF4、ETEC F18、RYR1、FUT1、BPI、NRAMP1、Mxl、MHC、TLR等基因。

在豬的疾病研究中，仔豬的腹瀉是最常見的疾病，其中由腸毒素大腸桿菌（ETEC）引起的仔豬黃痢、白痢、豬水腫疾病的發病率最高，達56. 2%以上，死亡率接近半數。ETEC分為多種抗原型，其中危害最大的是ETEC F4和ETEC F18兩種。研究表明，仔豬體內缺乏ETEC F4和ETEC F18受體，就會對相應的抗原類型大腸桿菌引進的腹瀉產生抗性。Vogeli等對E.collF18受體基因研究發現，該受體的表達由等位基因顯性控制，并與控制豬血型的S基因及控制應激敏感基因RYR1連鎖，應激敏感性越低的豬群表達F18受體的概率越高，且對F18受體易感性與對應激抵抗力呈正相關。

Meijerink等對α-l，2巖藻糖轉移酶基因1（FUTl）多態性研究表明，此基因可以作為E.coli F18受體候選基因。豬FUT1的307位點G突變為A，使得蘇氨酸代替了丙氨酸，造成了紅細胞酶系統改變，導致豬對F18黏附性和敏感性。晏學明等以杜洛克、長白、大白、漢普夏和皮特蘭5個豬種為研究對象，結果FUTI基因存在多態性，長白豬與大白豬抗性基因AA型頻率差異極顯著。袁樹楷首次克隆得到了榮昌豬BPI基因全長cDNA序列，并在榮昌豬BPI基因外顯子3區段檢測到一個新的SNP位點，發現第397位的G突變成A可能對榮呂豬BPI蛋白功能及機體天然免疫力有重要影響。

豬應激綜合癥是由RYR1基因控制的一種隱性遺傳病。分子檢測發現，DNA上第1843bp由C突變成T，導致限制性內切酶酶切位點變化，當應激發生時，Ca2+大量非正常釋放出來，引進隱性純合子HalnH aln大量表達，發生肌肉持續收縮，產生灰白水樣肉（PSE），因而可以通過酶切圖譜鑒別RYR1基因，這對生產上消除RYR1基因影響意義較大。以天然抗性相關的巨噬蛋白基因（ NRAMPl）作為豬抗病力候選基因的研究中，發現NRAMP1基因有5個多態性位點，NRAMP1蛋白可抵抗分枝桿菌、沙門氏菌等多種胞內寄生病原菌的侵蝕，對畜禽機體抗病力影響較大，且在不同的豬品種中NRAMP1等位基因頻率差異較大，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豬中表達。

3 結語

雖然分子育種技術應用于豬育種中，在豬的生長發育、繁殖和抗病性方面取得了一系列可喜的成果，但是分子育種的研究還不夠完善，許多功能基因的研究只限于某一片段，缺乏對全基因序列的研究，且不能作為獨立的育種技術進行應用，在今后的研究中，相信隨著分子生物技術的不斷提高，研究的不斷深入，分子育種技術基礎將會越來越完善，應用條件日臻成熟，分子育種技術在動物育種中會廣泛應用，必將成為動物培育和改良的重要手段，并在動物保種和利用資源進行育種中發揮重要作用。