雞經濟性狀遺傳標記挖掘與基因組選擇研究進展

李瑞婷，李東華，牛玉芳，陳冰潔，王燕星，劉 陽，何利洋，姬海港，王文韜，劉樹立，康相濤，李轉見

（河南農業大學動物科技學院，河南鄭州 450002）

家禽是動物蛋白的主要來源，尤其是雞肉。家禽不僅提供了寶貴的膳食蛋白質供應，而且是發展中國家農村地區的重要收入來源[1]。鑒定與重要經濟性狀相關的遺傳標記是提高雞生產力和質量的基礎，通過挖掘與經濟性狀相關的遺傳標記和基因，我們可以更好地了解雞的遺傳背景，科學家們一直致力于對雞的經濟性狀進行遺傳標記挖掘和基因組選擇。未來，隨著技術的不斷發展和研究的深入，雞經濟性狀遺傳標記挖掘與基因組選擇將持續取得新的進展，并為畜牧業的可持續發展做出更大的貢獻。

1 DNA 分子標記技術概述

分子標記技術是用DNA 序列上的突變來對動物表型進行標記的技術[2]。用該技術進行檢測時，不會受個體性別、年齡和環境的影響，還可以標記較多的位點，提供豐富的遺傳信息量，并且該技術具有高度的試驗重復性，能夠產生穩定和可靠的結果[3,4]。經過幾十年的快速發展，分子標記技術已經趨于成熟，通過該技術，研究人員能夠準確地定位基因，克隆感興趣的基因，并在遺傳育種中進行精確的選擇和改良。

在遺傳育種領域，DNA 分子標記主要包括：單核苷酸多態性（Single Nucleotide Polymorphism，SNPs）、插入/ 缺失多態性（Insertiondeletion，Indel）、拷貝數變異（Copy Number Variations，CNVs），這些分析標記主要通過以下幾種方法進行檢測（表1）。

表1 常見的DNA 分子標記檢測技術的原理和特點

2 DNA 分子標記技術在雞經濟性狀上的應用

2.1 生長性狀

研究雞的生長性狀對于育種改良、提高生產效率、增加經濟效益和具有重要意義。生長性狀主要包括體重、體斜長、胸骨長、脛骨長等多種表型，往往受到多基因的調控[11,12]。Yan 等[13]研究生長激素基因對生長和胴體性狀的影響時，通過PCR-RFLP 發現與胴體性狀（如胸肌重量、胸肌率、腹部脂肪率有顯著關聯的DNA 突變位點。楊菊鳳[14]對不同周齡雞的體重進行測定，并對10個DNA 位點進行SSR，篩選出控制體重的主效基因和位點。王強利用PCR-SSCP 技術胰島素樣生長因子-Ⅰ基因中找到了一些與生長發育、體重、龍骨長和脛骨長顯著相關的位點。

現在很多研究已經通過DNA 分子標記技術挖掘出與雞生長性狀相關的基因。SH3 domain containing ring finger 2(SH3RF2）基因中CNV 與體重、胸骨長、半凈膛重、全凈膛重、胸肌重、肌胃重等生長發育指標極顯著相關[15]。通過重測序 在Y-box 蛋 白3（Y-box binding protein 3，YBX3)基因的內含子區發現了一個27bp 的插入/缺失突變與雞的半凈膛重、全凈膛重、胸肌重、腿重、腿肌重等屠宰性狀顯著相關[16]。細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑3（cyclin dependent kinase inhibitor 3，CDKN3）基因啟動子區indel 突變的多態性與體重、脛長、腿重等生長發育指標顯著相關[17]。硫酸肝素-6-O-磺基轉移酶3（heparan sulfate 6-o-sulfotransferase 3，HS6ST3）基因上發現了與生長性狀、胴體性狀和肉質性狀相關的43-bp indel 多態性[18]。另外還有很多其他indel 與雞的生長性狀相關，比如谷氨酰胺酰肽環轉酶（glutaminyl-peptide cyclotransferase，QPCT）上有52 和224bp 的indel[19]，鋅指蛋白764-like (Zinc finger protein 764-like，ZNF764L）的第一個外顯子區域有一個22bp 的indel[20]，鉀離子內向整流通道蛋白J 亞單位11 號成員（Potassium voltage-gated channel subfamily J member 11，KCNJ11）基因下游區域有一個新的163bp 的indel[21]，催乳素受體（Prolactin receptor，PRLR）上存在80bp 的indel[22]，羧基酯脂肪酶（Carboxyl ester lipase，CEL）上存在99bp 的indel[23]，動情素受體基因（Motilin receptor，MLNR）基因下游區域有一個86bp 的indel[24]等。

2.2 繁殖性狀

雞的繁殖性能涵蓋了受精率、孵化率、產蛋量和雛雞存活率等指標。由于其經濟重要性，越來越多與雞產蛋性狀的SSR 被挖掘出來[25]，大部分數量性狀基因座（Quantitative Trait Iocus，QTL）主要分布在在1 號，2 號和5 號染色體上[26]。例如Radwan[27]通過使用SSR 檢測基因位點來改善埃及地方品種的產蛋量和產蛋質量性狀。Su 等[28]通過PCR-LDR 研究與開產體重、開產蛋重和總產蛋量等顯著相關的單核苷酸多態性的單倍型。常志偉[29]采用SSR 和RAPD 兩種方法，對180 只渝西烏雞慢羽系個體的基因組DNA 進行了分析，并將分析結果與試驗雞的產蛋性能進行了相關性分析，成功篩選出與產蛋率以及蛋重相關的分子標記。Makhsous[30]通過PCR 擴增和限制性核酸內切酶消化，用RFLP 方法篩選出與雞產蛋率相關的分子標記。

2.3 肉質性狀

雞肉是人類營養的主要來源之一，目前禽肉的產量和消費量超過了豬肉，預計在未來10 年，禽肉將占新增肉類產量的近一半，所以研究肉質性狀具有很高的經濟價值。肉質評價的技術指標有pH 值、脂肪含量、剪切力、氧化穩定性等。Deeb 和Lamont[31]在肉雞、來航蛋雞及其F2 代雜交雞種用SSR 檢測到了過氧化物酶體增殖物激活受體α 上的有影響雞脂肪代謝的QTL 位點。劉琛等[32]采用PCR-SSCP 技術在北京油雞中篩選出與雞肉肌內脂肪和肌苷酸含量相關的SNP 位點。李維等[33]采用PCR 產物直接測序技術檢測赤水黑骨雞肌肉生長抑制素基因多態性與肉質性狀的關系，找到了可作為檢測黑骨雞的pH 值和剪切力分子標記。

2.4 抗病性狀

雞常見的疾病如禽流感、雞白痢、馬立克氏病等不僅會危及雞的生命，更會嚴重影響養殖收益。馬立克氏病是家禽業經濟損失的主要原因，也是最嚴重和最持久的傳染病問題。Heifetz 等[34]通過使用微衛星標記來鑒定影響MD 耐藥性的QTL。有研究發現，RFLP 技術還可以鑒定對馬立克氏病具有抗性和易感性的純合雛雞，大大提高了育種效率[35]。通過對抗病毒基因進行PCRRFLP 基因分型，發現該基因的cDNA 上有一個非同義多態性突變，而該突變已被證明會影響Mx 分子的抗病毒活性[36]。

3 基因組選擇技術概述

一般來說，單個SNP 位點對雞生長、產蛋等經濟性狀的影響可能性很小；因此需要大量的QTL 來解釋這些性狀的遺傳變異[37]。鑒于這種遺傳結構，僅使用少量DNA 標記來追蹤數量有限的QTL 的DNA 分子標記技術的收益可能很小，這促進了使用密集SNP 標記的基因組信息來提高性狀選擇的準確性，通常也被稱為基因組選擇（Genomic Selection，GS）[38]。除了可以提高動物幼時選擇的準確性外，基因組選擇還有望降低每代近親繁殖率，因為GS 提供了有關選擇者的孟德爾遺傳信息[39,40]。

基因組估計經濟性狀的育種值是基因組選擇的核心，而基因組選擇的實施包括兩個主要步驟：首先需要建立一個參考群[42]，利用在測試群體中測量的表型和標記基因型，開發基因組預測模型。其次，根據標記基因型預測的育種值，從相關的候選群體中挑選個體。貝葉斯[43]和基因組最佳線性無偏預測模型（Genomic Best Linear Unbiased Prediction,GBLUP）等方法[44,45]都能對QTL數據的基因組育種值進行預測。

4 雞經濟性狀的基因組選擇研究

隨著越來越多測序技術的出現，全基因組重測序（Whole-Genome Sequencing，WGS)應用到GS 成為可能。由于WGS 數據包含大量基因組變異，其中包括與經濟性狀相關的生長、產蛋、肉質、抗病的基因突變，因此利用WGS 進行GS 有望獲得更高的預測能力。使用WGS 比較低蛋殼強度和正常蛋殼強度的基因組，發現與蛋殼性狀相關的SNP 和Indel，有助于在GS 時避免因蛋殼損傷導致的經濟損失[46]。通過將五花黃雞WGS數據和雞參考基因組比較，成功發現在與雞的代謝、免疫相關的基因上有眾多SNP、Indel、結構變異和拷貝數變異，這個結果有助于我們更好地了解白羽肉雞的遺傳特征，并有助于未來通過GS 選育雞生長、抗病性狀[47]。對巴西F2 雞資源群體進行WGS，獲得的SNP 數據制作使用600 K高密度SNP 芯片，對來自雞資源群體進行了基因分型，最終鑒定出與腹部脂肪和胴體脂肪含量性狀的QTL，可以用來估計脂肪沉積相關性狀的基因遺傳率[48]。

全基因關聯分析（Genome-Wide Association Studies，GWAS）是揭示基因組與表型組關系的重要工具，GWAS 結果不僅可以提高基因組預測的準確性[49]，還能篩選出能用于GS 的SNPs 集[50]。已有多項針對雞的生長[51,52]、體重[53]、胴體[54]、和肉質性狀的GWAS 報告，這些結果不僅提供了許多可用于預測和基因組選擇的分子標記，而且有助于解釋這些性狀的遺傳機制。有學者利用雞60k 高密度單核苷酸多態性陣列開展了一項GWAS，確定了與雞細胞介導免疫相關的基因組區域，為后續利用GS 實現抗病性育種奠定了基礎[55]。

目前針對雞各種經濟性狀研發的芯片都可應用于GS。例如河南農業大學康相濤團隊基于前期雞泛基因組研究成果與公共數據，創制了40K、5K 地方雞基因組系列芯片——“神農1 號”，囊括了生長、繁殖、屠體等性狀GWAS 的功能位點，有利于地方雞的種質資源鑒定、精準評價和品種保護[56]。根據典型地方品種和商業品系開發出的55K 基因組芯片上包括胸肌和肌內脂肪發育、體脂代謝、抗病等性狀的SNPs 具有廣泛的潛在應用價值，如基因組選育、經濟性狀的GWAS 分析以及不同雞種品種多樣性的研究[57]。

雞群應用GS 后經濟性狀得到有效提升的例子有很多。有研究發現基于GS 選育出的禽類的體重、產蛋率、產蛋數等表型優于傳統選育[58]。雜交育種被廣泛用于提高植物和動物的生產率，有研究使用60K SNP 芯片進行基因分型，然后與傳統的最佳線性無偏預測（Best Linear Unbiased Prediction,BLUP）方法和GS 中的GBLUP 等方法的預測能力和選擇差異進行比較，發現GS 在雞不同時期的體重、胸肌重、腿肌重、翅重和平均日增重等18 個性狀上的準確性均高于傳統BLUP[47]。此外，當利用GS 來縮短育種間隔時，還可以帶來額外的遺傳進展和經濟效益[59]。基因組選擇利用貝葉斯回歸模型和半參數方法提升了肉雞的飼料轉化率預測的準確性[60]。使用GBLUP估算雞新城疫病毒抗體反應和禽流感病毒抗體反應，發現基因組選擇能提升這兩個抗病性狀的預測準確率，減少雞群死亡率和農戶經濟損失[61]。選擇和使用對沙門氏菌有更強抵抗力的雞品系，可以減少沙門氏菌在表面健康的雞身上的傳播以及隨之而來的食品安全問題[62]。

5 利用遺傳標記與基因組選擇應用的挑戰

5.1 數據分析難度

一方面，處理大規模遺傳標記數據的復雜性是GS 面臨的一個挑戰。隨著高通量測序和SNP芯片技術的發展，可以獲取大量的遺傳標記數據，如全基因組測序和SNP 芯片數據。但處理和分析這些龐大的數據集是非常復雜的，涉及到數據預處理、統計分析、關聯分析等。另一方面，考慮到遺傳背景的復雜性、多基因性狀的影響和環境因素，進行數據解讀和解釋也是一個挑戰。

5.2 標記選擇與驗證

選擇和驗證具有預測和鑒別力的遺傳標記也是一個關鍵的挑戰。在標記選擇方面，需要考慮標記覆蓋范圍、關聯程度和遺傳多樣性等因素。通常使用關聯分析和群體遺傳學統計方法來篩選與經濟性狀相關的標記。然而，由于測序數據中的統計相關性和連接關系的復雜性，標記選擇仍然存在一定的不確定性。在標記驗證方面，可以使用功能基因組學方法，包括功能驗證試驗、表達譜分析和過量表達等來驗證標記與經濟性狀之間的功能聯系。此外，可以通過克隆和家系試驗等種群遺傳學方法來驗證遺傳標記的效果。

6 利用遺傳標記與基因組選擇應用的展望

為了提高種雞選擇的準確性和效率，可以利用遺傳標記挖掘和基因組選擇的方法，快速篩選出具有高經濟效益的雞種，并提高雞群的產量、質量和適應力。首先，通過分析大規模的SNP 或基因測序數據，可以找到與經濟性狀密切相關的遺傳標記，基于這些標記進行雞種選擇，可以更準確地預測雞種的表現，提高雞的經濟性狀和品質。其次，基因組選擇可以加快雞種選擇的速度。通過分析標記與表型的關聯性，可以快速評估個體的遺傳優勢，從而提前選出具有良好經濟性狀的個體作為父母本，大大縮短雞種選擇的周期，節約時間和資源成本。準確性和效率是雞種選擇中至關重要的因素，它們可以確保選擇的雞種具有良好的遺傳潛力和經濟性狀，提高養殖業的盈利能力，還可以加快遺傳改良的速度，適應市場需求的變化，以及更好地應對疾病和環境壓力。

7 小結

利用DNA 分子標記挖掘和基因組選擇，可以通過定位與經濟性狀密切相關的遺傳標記，提高育種質量，加快育種速度，提高養殖業的收入。因此應該改善、提高和優化DNA 分子標記挖掘和基因組選擇在雞育種上的應用，克服技術上的困難，為養殖業發展提供保障。