生物信息學(xué)在動物遺傳育種中的運(yùn)用

陳永佳

(深圳市華大農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究院，廣東 深圳 518124)

1 生物信息學(xué)概述

生物信息學(xué)通過分析生物科學(xué)中有關(guān)生物信息方面的研究成果，并對這些信息進(jìn)行存儲和檢索，利用計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)搭建生物信息數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行分析研究，促進(jìn)生物學(xué)具體問題的解決。其研究領(lǐng)域主要有基因組學(xué)和蛋白質(zhì)、生物數(shù)據(jù)庫、疾病及藥物。

2 生物信息學(xué)在動物遺傳育種中的運(yùn)用

2.1 利用基因組學(xué)研究分析生物進(jìn)化論

動物物種之間的親緣程度可以通過對其基因序列的研究，從不同動物DNA序列的差異性來判斷，也就是說，可以對比不同物種其DNA序列的同源基因來分析不同物種完整的基因組數(shù)據(jù)，從而具體地研究和分析生物分子的進(jìn)化歷史。在動物基因改良中利用這種研究方式能夠探索動物基因的起源、進(jìn)化以及結(jié)構(gòu)演變。基因雜交和動物性狀的研究能夠利用完整的基因組來提供依據(jù)。

2.2 測定基因組數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)動物發(fā)育

不同的生物體基因性狀表達(dá)的方式以及表達(dá)數(shù)量和種類都不盡相同，同一物種的不同個(gè)體，同一組織在同樣的生長發(fā)育階段，其基因性狀表達(dá)也存在著一定的差異，也就是說，不同生物體的基因組成都是具有差異性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，對這種基因結(jié)構(gòu)的研究可以通過基因組圖譜分析和同源比較相結(jié)合的方式深入探索，從而深入研究動物生長中的基因表達(dá)在不同生長階段、生理環(huán)境的信息，測定其基因組的DNA序列數(shù)據(jù)，作為之后對動物體生長發(fā)育探索的理論依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對動物發(fā)育的調(diào)節(jié)。

2.3 動物功能組研究的應(yīng)用

基因組測序的深入研究為研究者提供了大量的序列數(shù)據(jù)，基因組功能研究和多序列的分析在基因組序列、功能和結(jié)構(gòu)等研究的基礎(chǔ)上不斷深入，取得了一定的成果。對不同種類生物體基因組序列的同源識別和同序聯(lián)配還可以有效的檢測生物體基因組特征片段，實(shí)現(xiàn)對基因組功能的揭示。比如，研究人員通過全面測定牛的PRNP基因序列并經(jīng)過多動態(tài)分析，最后發(fā)現(xiàn)牛的BSE性狀不受基因序列的影響，也就是說該功能并不是由這一段基因序列所控制的。基因組測序技術(shù)在不斷地發(fā)展中其運(yùn)用也逐漸廣泛，對基因組序列的研究也從同一物種的研究拓展到對不同物種基因組的同源識別和同序列聯(lián)配，為我們探索物種的進(jìn)化歷史奠定了基礎(chǔ)，有助于促進(jìn)物種的研究，通過探尋同源基因，優(yōu)化和改良動物品種。

2.4 創(chuàng)建基因組數(shù)據(jù)庫促進(jìn)良性育種

利用生物信息學(xué)的研究成果，收集和掌握不同物種之間的基因同源性和進(jìn)化距離，并比較和分析不同物種的同源基因，通過基因標(biāo)記對其中的經(jīng)濟(jì)型動物的基因做出DNA標(biāo)記，利用標(biāo)記的經(jīng)濟(jì)型動物的基因進(jìn)行良性育種。這種育種方式是在創(chuàng)立了基因數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，育種的速度和效率有了明顯的提升。在動物體內(nèi)，通常由微效多基因控制著動物的經(jīng)濟(jì)性狀，這種基因中的主效基因增加了篩選生物基因育種的難度，對此，就需要利用已構(gòu)建的生物數(shù)據(jù)庫構(gòu)建基因組數(shù)據(jù)庫，以此來實(shí)現(xiàn)良性育種[1]。

2.5 建立種群優(yōu)質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫

隨著人類社會的不斷發(fā)展，地球環(huán)境日益惡化，很多物種瀕臨滅絕，地球上物種的延續(xù)受到了嚴(yán)重的威脅，這種情況下，保證地球上各物種的可持續(xù)發(fā)展意義重大。建立種群優(yōu)質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫對于促進(jìn)種群穩(wěn)定有重要的意義，也是當(dāng)前大環(huán)境下非常緊急的一項(xiàng)必要工作，從某種意義上來說也被稱為“保種”。這項(xiàng)工作主要利用生物信息學(xué)的知識，檢測種群基因組序列，尋找最為優(yōu)質(zhì)、特點(diǎn)鮮明和最新的基因，不斷完善基因庫數(shù)據(jù)資源，留存下目前可知的完善的優(yōu)質(zhì)基因數(shù)據(jù)庫。

3 生物信息學(xué)在動物遺傳育種運(yùn)用中存在的問題

隨著生物學(xué)在動物遺傳育種中的不斷應(yīng)用，動物遺傳育種有了更多的理論支持，但同時(shí)，還存在著基因發(fā)現(xiàn)的不確定性和不可控性的問題。目前，人類對生命的探索尚處于初級階段，而生命的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的歷程，是及其復(fù)雜的。決定生命遺傳的蛋白質(zhì)和基因因物種的多樣性和不確定也形成了繁多的種類，也就使得人們探索中出現(xiàn)了多種多樣的基因序列研究方法，由此可見，利用基因序列對物種的性能進(jìn)行判斷具有一定的不確定性。除了基因序列外，礦物質(zhì)或維生素同樣會對基因組編碼蛋白質(zhì)表現(xiàn)的性能造成一定的影響，而這種影響也在一定程度上阻礙著動物遺傳育種的研究。針對這一問題，相關(guān)領(lǐng)域的研究人員還需要對生物信息學(xué)進(jìn)行深入和全面的研究，不斷拓展研究的范圍，減少這些不確定性對動物遺傳育種帶來的阻礙作用[2]。

4 結(jié)語

生物信息學(xué)和動物遺傳育種之間有著密切的聯(lián)系，在運(yùn)用生物信息學(xué)進(jìn)行動物遺傳育種時(shí)，還需要充分利用基因組學(xué)，測定基因組數(shù)據(jù)，進(jìn)行生物功能組的相關(guān)分析，創(chuàng)建基因組數(shù)據(jù)庫和優(yōu)質(zhì)種群資源數(shù)據(jù)庫等方面入手，從而研究生物分子的進(jìn)化，實(shí)現(xiàn)良性育種，調(diào)節(jié)動物發(fā)育，促進(jìn)動物品種的優(yōu)化和改良，維護(hù)種群的穩(wěn)定。