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猪遗传抗性与抗病育种研究进展

作者:康大夫 整理来源:广东省养猪信息网时间:2008-08-27 12:04点击:

猪病养猪生产的大敌。育种实践中,单纯追求高产通常导致猪的抵抗力降低,一些原有疾病未根除,又出现了新的疾病,严重制约了养猪业的发展。疾病可导致畜禽产品低劣、产量下降,同时它还严重降低遗传进展,给养猪业造成的直接经济损失约占总产值的12%~15%,因此,做好疾病预防是发展养猪业的前提。防治疾病的传统方法如改善环境、药物治疗和免疫接种等并非对所有的疾病都有作用而且不能从根本上完全控制和消灭疾病的发生和流行。研究发现,不少猪病的发病机制与猪本身的遗传背景有关,即猪可能对一些疾病存在完全或部分抗性。

     广义上讲,任何疾病的发生都是遗传与环境因素共同作用的结果,几乎所有疾病都与遗传有关。狭义上讲,遗传病是由于生殖细胞或受精卵中遗传物质发生了结构或功能上的变异所致。因此,从长远角度来看,采用遗传学方法从遗传基础上提高猪对疾病的抗性具有治本的功效。而抗性是维持猪在不良环境中生存和生产的必要条件,因此培育具有特定抗性的猪种成为育种领域的主要课题之一。

1 抗性的遗传基础

1.1 抗病力

     抗病性有广义和狭义之分。广义的抗病性是指一般所称的抗逆性或抗性,即动物对变化环境的适应能力的水平和范围,包括动物对疾病的抵抗力、对不良气候的耐热力、耐寒力和对环境中有毒有害物质的耐性,它是动物在长期的进化过程中形成的能够稳定遗传的特性;而狭义的抗病性则是指畜禽对寄生虫病和传染病的抗病力。

     抗病力可分为特殊抗病力和一般抗病力,其遗传机制不同。特殊抗病力是畜禽对某种特定疾病或病原体的抗性,这种抗性或易感性主要是受一个主基因位点控制,也可能程度不同地受其它未知位点(包括调控子)及环境因素的影响。研究表明,特殊抗病力的内在机理是由于宿主体内存在或缺少某种分子或其受体。一般抗病力不限于抗一种病原体,它受多基因及环境的综合影响[1]。

1.2 抗性基因

     抗性基因是指在外来环境的刺激下能使动物体产生抗性物质,抵抗疾病侵袭,从而使动物对疾病产生抗性的基因。抗性基因是在漫长的进化过程中通过自然选择发生基因转换、基因代换和基因突变形成的。抗性基因按效应大小可分为3类:一是单一主基因,这种基因主要控制抗性性状的表达;二是微效多基因,这种基因所控制的抗病力性状由多个基因共同作用性状才能表达,单个基因效应小;三是独立的多基因,与微效多基因不同的是基因数量少,每个基因的作用大,可以相互区别。一般抗病力多受到多基因控制,而特殊抗病力主要受单个主基因位点的控制[2]。

1.3 抗病性的遗传性

     个体对疾病的抗性体现在机体对疾病的防御功能和免疫应答能力,畜禽个体抗病程度、遗传方面的影响可用遗传力来表示,这就是疾病抗性的遗传力。大多数疾病的发生,多少都受到遗传因素的控制或影响,即使由特定病原体侵袭所致的传染病或寄生虫病,在不同种群、不同个体中的易感性是不一样的,这决定于遗传素质或遗传与环境的共同影响。抗病性遗传力的高低,可决定抗病育种的途径,选择抗病动物。经调查猪对疾病抗性具有中等遗传力,因此可以采用遗传学方法从遗传本质上提高畜禽的抗病力,实施抗病育种,育成抗病品系[3]。

2 主要的抗性基因

2.1 主要组织相容性复合体

     主要组织相容性复合体(Major Histocompatibility complex,MHC)的缩写,含有数十乃至数百个高度多态的基因位点,这组基因群编码的分子,与抗病性和免疫应答密切相关,在宿主的免疫反应,对病毒、细菌、寄生虫的遗传控制上有重要作用。

     猪的MHC定名为猪的淋巴细胞抗原(SLA),Rabin等(1985)最早将SLA物理定位于猪的7号染色体,后来Smith等(1995)证实SLA复合体跨越7号染色体着丝粒,SLA II类基因位于长臂(7q1.1),III类和I类基因则位于短臂(均在7p1.1),这种跨越着丝粒的物理分布,在至今所研究过的哺乳动物中是独一无二的。它的复杂性不是体细胞重组和变异的结果,而是复合体中200多个位点上大量等位基因变异的结果。SLA复合体编码大量基因,包括I类多态基因、II类多态转运基因及III类补体成分、肿瘤坏死因子和热应激蛋白等基因。

     SLA有关基因涉及到一系列免疫应答的控制、补体成分及参与抗原传递的主要分子。SLA单倍型或等位基因与免疫应答间相关联,SLA I类和II类等位基因分布与感染伪狂犬病毒的反应存在关联。还有研究表明遗传性皮肤恶性黑瘤与SLA复合体有关;此外SLA的不同单倍型对寄生虫的抗性也存在类型差异[4]。

2.2 NRAMP1基因

     NRAMP(natural resistance associated macrophage protein)即天然抗性相关的巨噬蛋白基因家族,该家族至少有2~3个成员,目前研究得较多的是NRAMP1基因和NRAMP2基因。

     NRAMP1基因编码具有完整膜的磷酸糖蛋白,含有10~12个转膜区域,具有离子通道和转运功能的特征[5]。猪的NRAMP1基因已定位于猪的15号染色体上的q2.3~2.6,并已找到一个分子标记。分析发现该基因全序列编码539个的氨基酸,与人的NRAMP1蛋白质氨基酸序列一致性为87%。NRAMP1基因抗病的原理可能是通过消耗含有胞内病原微生物的吞噬体中二价金属离子如镁、亚铁、锌等离子,使病原微生物缺乏增殖必需的离子而达到抵抗胞内微生物的作用。

     猪的NRAMP1基因主要在吞噬细胞如巨噬细胞和中性粒细胞中特异表达,应用激光共聚焦显微镜进行亚细胞定位表明, NRAMP1主要位于吞噬细胞的后期内吞小体上Guolong zhang[7]等(2000)发现猪的NRAMP1的mRNA在细胞和特异性组织中都可表达,但在巨噬细胞中表达量最高。

     以NRAMP1基因为功能基因来研究基因结构与畜禽抗病力关系的报道不多,而且多集中于人类、家禽和小鼠上,在猪上的研究报道很少。对猪的NRAMP1基因与抗病力的关系需深入研究。因此可将NRAMP1作为综合抗病力的候选基因,结合免疫指标对其多态性和抗病力关系作进一步的研究。

2.3 干扰素基因

     干扰素(interferon,IFN)是动物机体内可被多种诱导物诱导产生的生物活性蛋白。IFN产生后与应答细胞的表面受体结合,触发多种生物效应,如抗病毒、免疫调节、抗增生等。根据其细胞来源、生化特性及生物学活性的差异,将其分为两大类型:Ⅰ类( IFN-α、IFN-β、IFN-ω和IFN-τ,又称IFN-α/β)和Ⅱ类(IFN-γ)。

     干扰素作为机体最重要的细胞因子之一,其主要生物学功能概括为:①广谱抗病毒功能;②免疫调节功能;③免疫增强功能等。干扰素的作用特点可概括为:①干扰素属诱生蛋白,正常细胞一般不自发产生干扰素,在受诱生剂(包括病毒、细菌和某些化学合成物质)激发后,干扰素基因去抑制而表达;②干扰素系统是目前所知的发挥作用最快的第一病毒防御体系,可在很短时间内使机体处于抗病毒状态,并且机体在1~3周时间内对病毒的重复感染有抵抗作用;③干扰素的抗病毒效应是通过与靶细胞受体结合,诱导抗病毒蛋白(AVP)而间接发挥作用,对病毒起抑制作用而非杀灭;④干扰素具有种属特异性,并且不同病毒、不同细胞对干扰素敏感性不同;⑤Ⅰ类和Ⅱ类干扰素发挥不同效应,不能相互替代[8]。

     目前对IFN-α、IFN-β和IFN-γ生物学功能报道较多,Ⅰ类和Ⅱ类干扰素来源不同(IFN-α主要由单核巨噬细胞产生,IFN-β来源于成纤维细胞,而IFN-γ主要产生于αβT细胞、γδT细胞和NK细胞),生物学效应存在一定差异[9]。研究表明,重组猪β干扰素可显著抑制猪流行性腹泻病毒的感染[10]。

2.4 大肠杆菌F18受体

     研究表明[11],断奶前后仔猪腹泻和水肿病是由肠毒素型大肠杆菌引起的传染病,在此阶段仔猪的发病率为30%~40%,死亡率为40%,有时可高达90%,给养猪业带来了巨大的经济损失。

     F18菌毛是引起腹泻的关键因素,若编码菌毛的基因发生突变或缺失,则其致病力减弱(Arp,1988)。Vogeli(1992)[12]将F18受体基因定位于猪的6号染色体,并与血型抑制因子S(inhibitor S)及红细胞酶系统紧密连锁。随后又证实了F18受体位点控制着猪F18受体敏感性。F18黏附素引起的水肿病早在20世纪30年代就有报道,但直到1990年才由Berschinger从病猪的肠上皮中分离出来。Bertschinger提出水肿病是由于大肠杆菌F18菌株所产毒素与受体结合所致。Imberechts证实了对F18的敏感性因猪的个体不同而有差异,且这种敏感性是可以遗传的。Bertschinger认为抗性或敏感性是由2个等位基因控制的,敏感性相对于抗性是显性。

     虽然防治腹泻与水肿病可通过改善饲养环境及药物治疗等方法,但这些方法并非总是有效,而且还可降低遗传抵抗力的表达,削弱自然选择的作用,减少或消除人工选择的机会(Rothschild,1999)[13],这种情况当抗病力与选择性状间存在负相关时尤甚。

     除了上述几个主要抗性基因外,其他被研究的基因还有猪β-防御素、Mx基因、白细胞介素I、过氧化物酶体增殖激活受体γ(peroxisome proliferators activated receptor gamma,PPARG)等。

3 抗病育种的困难和问题

     虽然猪抗病育种在遗传机制和应用方面取得了一定进展,但是仍存在大量问题:①抗病性的遗传机制非常复杂且受环境影响较大;②病原微生物的遗传特性及与宿主动物的相互关系也十分复杂;③抗病性或易感性指标难以测定,且缺乏进行间接选择的可靠遗传标记; ④病原微生物变异迅速,易形成能克服抗病猪的变异品系;⑤抗性与生产力性状之间及对不同疾病的抗性之间常存在负相关;⑥世代间隔较长,必须经长时间选择才可能有效。随着分子生物学技术的发展以及人们认识水平的不断提高,利用分子标记辅助选择进行抗病育种显示出良好的前景,但是,抗病性状可能是多基因性状,并与环境互作效应大。因此,利用分子标记辅助选择的方法还需要进一步完善,效果也要进一步观察。

     尽管抗病育种工作中面临许多困难和问题,但是它的前景十分光明,同时基因工程学等相关学科和技术的迅速发展为抗病育种工作的开展提供了许多方法和手段,使抗病育种的途径日益丰富[14]。

4 抗病育种的大概途径

     抗病育种大体可从分辨和选择抗性基因型、提高机体免疫应答能力、提高抗病力等多方面着手,以实现抗病育种[15]。抗病育种的途径很多,但一般可分为两大类,一类是直接选择,另一类是间接选择。

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