畜禽育种目标和方法 PPT课件.ppt
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1、育种目标与方法育种目标与方法各种因素对畜牧业的相对贡献率各种因素对畜牧业的相对贡献率育种技术:育种技术:选择、杂交、繁育体系选择、杂交、繁育体系.最根本的是选择(选种)。最根本的是选择(选种)。选种的关键是选种的关键是准确性准确性任何选种方法都是对任何选种方法都是对“真值真值”的估计的估计家畜育种的特点家畜育种的特点家畜是雌雄异体交配繁殖的动物家畜是雌雄异体交配繁殖的动物大部分畜种的世代间隔长,繁殖率较低大部分畜种的世代间隔长,繁殖率较低家畜没必要,也不可能象作物那样,不断家畜没必要,也不可能象作物那样,不断地培育新品种地培育新品种家畜育种工作的主要任务是对现有的优良家畜育种工作的主要任务是对
2、现有的优良品种系统地选育提高品种系统地选育提高影响遗传改良效果的因素影响遗传改良效果的因素评价纯种选育效率的指标是评价纯种选育效率的指标是遗传进展遗传进展Allheritabletraitswillrespondtoselectionchoosingsomeanimalstobeparentsofthenextgeneration,whiledenyingotheranimalstheopportunity,throughcastration,cullingcullingetc.中国小反刍动物育种方向中国小反刍动物育种方向具有特殊价值的品种,像滩羊、湖羊、中卫山羊、具有特殊价值的品种,像滩羊、
3、湖羊、中卫山羊、济宁青山羊、绒山羊等,济宁青山羊、绒山羊等,在保持和提高其固有的特在保持和提高其固有的特性的基础上,应对可增效性状,性的基础上,应对可增效性状,如产羔率、羔羊产如产羔率、羔羊产肉力加大选择强度,肉力加大选择强度,综合提高品种的生产水平和经综合提高品种的生产水平和经济效益济效益普通品种,普通品种,向产肉体型选育向产肉体型选育是今后育种工作的重点是今后育种工作的重点高繁特性分子生物学基础研究和高繁品系培育、产高繁特性分子生物学基础研究和高繁品系培育、产品品质和抗病(逆境)研究以及肉用羊配套系选育品品质和抗病(逆境)研究以及肉用羊配套系选育从伯乐相马到基因诊断盒从伯乐相马到基因诊断盒
4、表型或表型值选种表型或表型值选种 育种参数育种参数 育种值选种育种值选种 遗传标记遗传标记 标记辅助选择标记辅助选择 基因操作基因操作 分子育种分子育种基因的结构与功能基因的结构与功能基因基因 是控制生物遗传性状的基本是控制生物遗传性状的基本单位单位,每个基因都是有每个基因都是有4种简单种简单的脱氧核糖核苷酸的脱氧核糖核苷酸 按一定的顺按一定的顺序排列所组成的序排列所组成的;基因不仅可以通过复制把遗传信基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下息传递给下 一代,同时使遗传一代,同时使遗传信息得到表达信息得到表达;生物发育、生殖、生物发育、生殖、生长、疾病、衰老、死亡生长、疾病、衰老、死亡 及精及精
5、神、行为等都不同程度地与基神、行为等都不同程度地与基因有关。因有关。基因组基因组 决定一个物种生、老、病、决定一个物种生、老、病、死等一切生命现象死等一切生命现象 的遗传信息的遗传信息总和称为基因组。总和称为基因组。ESTEST、SNP(SNP(动物基因组动物基因组)生物信息学生物信息学基因分析基因分析 DNA 芯片芯片侯选基因鉴定侯选基因鉴定 基因构建基因构建 侯选基因确认侯选基因确认 转基因转基因 性状操作性状操作 辅助选择辅助选择 基因型与表现基因型与表现型型 相关分析相关分析 种质种质 表现型选择表现型选择 新产品新产品QTL与分子标记辅助育种与分子标记辅助育种 动物基因组中约有动物基
6、因组中约有30亿个碱基对,亿个碱基对,510万个基因,万个基因,其中其中1万个基因与生产性状有关,万个基因与生产性状有关,但影响主要生产性但影响主要生产性状的主效基因数量不会超过状的主效基因数量不会超过1000个。个。这是动物遗传这是动物遗传育种研究的重点,也是国际上基因知识产权争夺的育种研究的重点,也是国际上基因知识产权争夺的焦点。焦点。严格地说,严格地说,DNA标记和标记和QTL是有区别的。是有区别的。只有只有当当DNA标记和所标记的数量性状完全连锁时标记和所标记的数量性状完全连锁时,标记,标记才是该数量性状的才是该数量性状的QTL。1.大量的大量的QTL被定位被定位 从从H.Gelder
7、mann(1975)提出数量性状基因座(提出数量性状基因座(QTL)以来已经以来已经36年了。年了。表表1 畜禽主要性状已定位的畜禽主要性状已定位的QTL数量(吴常信数量(吴常信 讲座,讲座,2010)已定位已定位QTL数量最多的几个性状(吴常信数量最多的几个性状(吴常信 讲座,讲座,2010)应激综合症基因应激综合症基因(PSS 氟烷敏感氟烷敏感)()(Smith&Bampton,1977)矮小基因矮小基因(Merat&Ricard,1974)绵羊多胎基因绵羊多胎基因(F Piper&Bindon,1982)双肌基因双肌基因(Rollins等等,1972)影响数量性状的主效基因2.为什么已定
8、位的为什么已定位的QTL很多,但在育种中能应用的很多,但在育种中能应用的却很少?却很少?所定位的所定位的QTL是是染色体的一个区间染色体的一个区间,中间还可,中间还可能涉及多个基因;能涉及多个基因;QTL或标记与性状的或标记与性状的连锁程度不确定连锁程度不确定;不同群体的遗传背景不一样,同一性状的不同群体的遗传背景不一样,同一性状的QTL在不同群体中的分离、重组结果不同;在不同群体中的分离、重组结果不同;QTL定位的误差。定位的误差。3.QTL(或分子标记)与关联分析存在问题(或分子标记)与关联分析存在问题(1)QTL本身的问题本身的问题(2)数量性状记录的准确性)数量性状记录的准确性(3)样
9、本大小)样本大小4.从从QTL到到QTNQTL(Quantitative Trait Loci)QTN(Quantitative Trait Nucleotides)从核苷酸水平上来确认对数量性状真正起作用的基因位点从核苷酸水平上来确认对数量性状真正起作用的基因位点(核苷酸序列多态位点)(核苷酸序列多态位点)SNPs(Single Nucleotide Polymorphisms)QTN的研究一般都要对候选的的研究一般都要对候选的QTL作作SNPs检测,或直接检测,或直接对候选基因作对候选基因作SNPs检测检测目前有应用价值的目前有应用价值的QTN还很少还很少 牛牛DGAT1(二脂酰甘油酰基转
10、移酶二脂酰甘油酰基转移酶1)(Ron et al.1998;Grisart et al.2002)猪猪IGF2(胰岛素样生长因子胰岛素样生长因子II)(Jeon et al.1999;Van-Laere et al.2003)绵羊绵羊GDF8(肌肉生长抑制素,(肌肉生长抑制素,Myostatin)(Marcq et al.2002;Clop et al.2006)5.基因组选择(基因组选择(Genetics selection)全基因组范全基因组范围内的标记辅助选择围内的标记辅助选择 条件成熟条件成熟 (1)许多畜禽基因组测序完成)许多畜禽基因组测序完成 (2)大量)大量SNPs的发现的发现
11、(3)SNPs芯片和高通量芯片和高通量SNPs检测技术的完善检测技术的完善 (4)生物信息技术的发展)生物信息技术的发展基因组育种值的计算基因组育种值的计算 在全基因组范围内用大量的在全基因组范围内用大量的SNPs标记对所有标记对所有QTL估计一个总的育种值,即把单个估计一个总的育种值,即把单个QTL的标记辅助选的标记辅助选择择“化零为整化零为整”。基因组选择策略基因组选择策略 (1)选择指数:表型信息育种值标记信息育种值)选择指数:表型信息育种值标记信息育种值 (2)检测所有个体的标记基因型,估计个体的)检测所有个体的标记基因型,估计个体的基因基因组育种值组育种值,据此选种(,据此选种(Go
12、ddard and Hayes,2007)动物分子育种动物分子育种基因工程育种基因工程育种 动物分子育种动物分子育种 从分子水平上对动物进行遗传改良,或育种的分子从分子水平上对动物进行遗传改良,或育种的分子设计。设计。1.基因聚合基因聚合 希望把希望把高产、优质、高效、抗病、抗逆高产、优质、高效、抗病、抗逆等有利性状等有利性状的基因通过基因操作,尽可能多地聚合在一起。的基因通过基因操作,尽可能多地聚合在一起。存在问题:存在问题:这些经济性状绝大多数是这些经济性状绝大多数是多基因决定的数量性状多基因决定的数量性状(质量性状的基因聚合早就解决了);(质量性状的基因聚合早就解决了);在没有找到在没有
13、找到目的基因目的基因之前,聚合就是之前,聚合就是“无米之炊无米之炊”。2.平衡育种平衡育种 统筹考虑高产、优质、高效、抗病、抗逆等有利统筹考虑高产、优质、高效、抗病、抗逆等有利性状,要求性状之间达到一个性状,要求性状之间达到一个“最佳最佳”的平衡点。的平衡点。存在问题:存在问题:群体水平的平衡育种群体水平的平衡育种早就解决了;早就解决了;分子水平的平衡育种分子水平的平衡育种仍在设计之中。仍在设计之中。虚拟设计分子育种虚拟设计分子育种 虚拟设计分子育种技术是将虚拟设计分子育种技术是将计算机技术计算机技术与与分分子生物学技术子生物学技术有机结合,研究基于有机结合,研究基于生物信息学生物信息学的的重
14、要功能基因重要功能基因发掘、鉴定、标记、定位和利用;发掘、鉴定、标记、定位和利用;探索多基因聚合与杂种优势预测途径,构建计算探索多基因聚合与杂种优势预测途径,构建计算机模拟育种创新技术体系,加速新材料、新基因机模拟育种创新技术体系,加速新材料、新基因和新标记的筛选,推动农林牧渔分子育种的发展。和新标记的筛选,推动农林牧渔分子育种的发展。Simulation run 100 times 3.转基因育种转基因育种(1)对转基因育种的认识)对转基因育种的认识 赞成赞成 反对反对 (2)对转基因育种的要求)对转基因育种的要求 常规育种做不到的常规育种做不到的 比常规育种快得多的比常规育种快得多的 产品
15、产品(特别是食品特别是食品)要无公害的要无公害的基因基因功功 能能提提高高产产量量生长激素基因生长激素基因促进肌肉和骨骼生长促进肌肉和骨骼生长生长激素释放基因生长激素释放基因促进生长基因基因的分泌促进生长基因基因的分泌胰岛素样生长因子胰岛素样生长因子I基因基因促进骨骼生长促进骨骼生长抑制肌肉生长抑制素抑制肌肉生长抑制素基因基因 促进肌肉生长促进肌肉生长抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因低温养鱼低温养鱼提提高高质质量量转转fat-1基因基因转转Omega-6为为Omega-3转乳糖酶基因转乳糖酶基因减少奶中乳糖含量减少奶中乳糖含量角蛋白丝基因角蛋白丝基因增加羊毛的增加羊毛的光泽和卷曲光泽和卷曲酪蛋白质基因
16、酪蛋白质基因提高奶酪的产量和质量提高奶酪的产量和质量基因基因功能功能饲料的饲料的利用率利用率木质素酶和纤维素酶木质素酶和纤维素酶基因基因纤维的消化纤维的消化植酸酶基因植酸酶基因增加消化道对磷的吸收增加消化道对磷的吸收异柠檬酸裂解酶和苹异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶基因果酸合成酶基因将植物的脂肪酸转化成糖将植物的脂肪酸转化成糖葡萄糖转运子葡萄糖转运子1基因基因提高葡萄糖的利用提高葡萄糖的利用减少畜减少畜牧业对牧业对环境的环境的影响影响 植酸酶基因植酸酶基因减少减少磷的排泄和饲料中磷磷的排泄和饲料中磷的添加量的添加量转转fat-1基因(植物)基因(植物)转转Omega-6为为Omega-3:减:减少
17、牛、羊消化道的甲烷的少牛、羊消化道的甲烷的排放量排放量*畜牧业的甲烷的排放量占全球甲烷排放量的约,是重要的温室气体来源畜牧业的甲烷的排放量占全球甲烷排放量的约,是重要的温室气体来源转基因畜牧业对一些疾病的控制转基因畜牧业对一些疾病的控制基因基因功能功能溶葡球菌酶基因溶葡球菌酶基因预防奶牛的乳房炎预防奶牛的乳房炎Prion 基因失活基因失活避免疯牛(羊)病避免疯牛(羊)病RNAi(干扰)技术(干扰)技术预防和控制预防和控制疯牛(羊)病,疯牛(羊)病,鸡的鸡的鸡瘟,动物的口蹄疫鸡瘟,动物的口蹄疫病毒或细菌蛋白质基因病毒或细菌蛋白质基因预防病毒和细菌感染预防病毒和细菌感染转基因畜牧业与人类疾病的治疗
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