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猪遗传学及营养学研究对养猪生产的促进作用(之二)

作者:康大夫 整理来源:爱猪网时间:2008-08-29 09:29点击:

4 优化猪营养的功能基因组学

      功能基因组学是一个新出现的学科,它主要用于鉴别和解释那些使基因组有功能和对环境作出应答的分子遗传体系。而导致功能基因组学分化成为一个学科的原因就在于,功能基因组学是进行整体分析并以调控基因表达为目标的。

      近来已经发展起来的cDNA芯片和以寡核苷酸(基因探针)为基础的微阵列技术,为在一个实验中同时检测全部基因的表达情况提供了技术支持。微阵列基本上分为两类:cDNA芯片 (信使RNA反转录的DNA拷贝)和寡核苷酸芯片。对大多数物种来说,cDNA芯片优于寡核苷酸芯片,因为cDNA芯片中所使用的探针可以从大量cDNA克隆中获得,而寡核苷酸探针就要根据已知的序列信息来设计。

      这种寡核苷酸探针设计程序首先要获得大量表达序列标签和cDNA片断克隆测序获得的序列。这些序列资料通过比较DNA序列的算法进行聚类,然后对大量一系列与分子参数相关的备选探针中设计寡核苷酸探针。

      现在还只有为数很少的设计良好地研究比较了cDNA芯片和寡核苷酸芯片的功效。但这方面的研究已经开始了,并且早期研究证据似乎揭示出这两种技术的功效相差不多。Wang等(2003)研究发现在mRNA水平很低时,这两种技术检测2倍mRNA水平差异时的效果同样持续良好,并且复制的芯片样品用来自不同批的RNA探针杂交时,两种芯片都有非常高的可重复利用性(r>0.95)。

      使我们对寡核苷酸芯片研究感兴趣的几个因素包括探针合成操作的简单性以及探针设计的灵活性。由于公开可用的猪表达序列标签已有284,853条、人类基因组序列测序已经完成,以及牛和猪基因组测序的接近完成。所有这些使我们可以灵活设计探针来区分基因家族中的基因和检测mRNA的剪切型。寡核苷酸芯片一个显著的特征是探针容易延伸,容易添加、去除和更换。

      美国功能基因组研究机构已经合成了第一代含有大于1,3000个单元长70-mer寡核苷酸的微阵列,并且开始分发给各研究机构。这种微阵列已经在Minnesota大学获得了有价值且可重现的结果,主要用于分析猪内分泌和免疫组织的基因表达(FahrenkrugandMurtaugh,unpublished)。

      基因表达的变化是对特定环境条件的反应,这就意味着基因表达也是特定生理反应调节网络中的重要一员。尽管它们通常受少数主效基因控制,但大多数性状都是很多基因共同作用的结果(即复杂性)。对特定组织中表达的重要基因进行零位调节仍然面临着的一个问题就是数以百计的基因只有在变化的条件下才会出现表达变化。

      要区分调节元件、效应元件和临近组织、基因就需要对性状的生理和基因功能有一个详细的了解。或者,通过基因表达分析将检测到的候选区域范围缩小到很少的几个通过遗传分析检测到的候选基因。

      “比较基因组”的方法还吸收了几十年来人类健康和生理基础研究的资料,它还利用了序列测定完全,并且已经充分进行了遗传分析的模式生物的资料。要预测家畜组织中某个基因产物的功能可以通过已经研究过的人类和模式生物同源组织来预测。

5 MAS标记辅助选择

      寻找在代谢、生产和排泻性状上有重要作用的基因的重点是要发展高精度的诊断检测手段,这可以加快与动物生产潜力相符的动物育种进程和其在生产实践上的应用。除了上面讨论的单基因IEM,几乎没有任何分子诊断技术如此广泛地应用于家畜育种过程中。

      标记辅助选择在基因渗入领域的应用为加速有利等位基因的发现提供了可能,同时尽可能减少新旧基因在其他位点的掺杂。如果很多位点是已知的,并且在现有不同的染色体和品种存在有利等位基因,那么就可以设计基因分型的策略来实现有利等位基因在很多位点的重组(DekkersandHospital,2001)。

      在将来,当分子诊断所增加的成本可通过减少表型测定费用所弥补时,标记辅助选择将会成为最有用的技术,例如与本丈所强调的性状相关的标记。 7 猪因组的重组

      通过基因工程来改造家畜基因组的方法在农业和医药有很多潜在的应用。基因工程包括外源遗传物质的导入和物种本身基因组的改造和控制。

      在克隆技术出现之前,生产转基因动物主要是通过将生殖细胞的核DNA注射到卵细胞中来实现,并且这项技术关心的是目的蛋白在动物组织和体液中的产量。尽管核注射技术仍然是鼠转基因动物主要是通过将生殖细胞的核DNA注射到卵细胞中来实现,并且这项技术关心的是目的蛋白在动物组织和体液中的产量。尽管核注射技术仍然是鼠转基因的首选方法,但是转入率较低(显微注射的卵细胞转入率为0.3l-1.73%),且操作管理费用昂贵,这些都限制了基因工程技术在家畜中的广泛应用。

      然而,这里有一个使用基因工程方法给猪转入代谢和排泄性状相关基因的著名例子。Golovan等(2001)将大肠杆菌appA植酸酶基因在腮腺分泌蛋白启动子控制下转入猪基因组中,这种转基因猪克服了猪不能消化植物肌醇六磷酸的问题,而肌醇六磷酸在一般谷物、油料作物及其副产品中含量达到80%。

      猪的饲料中通常含有的是可被生物利用的无机肌醇六磷酸,这样在营养方面可以获得一定的效果,但对环境则带来了不利的影响。在这些转基因猪中生产出来的PSP-APPA介导的唾液腺植酸酶基本上完全可以消化饲料中的肌醇六磷酸的磷,同时消除了对无机磷酸盐的需求并使猪排泄物中磷的含量下降到75%。

      在机体细胞通过核转移生产转基因猪之后,目前所出现的培养细胞的转基因技术(克隆)是更好的方法,例如,猪纤维原细胞已经被证明适合用于转基因或同源重组,这种方法优于机体核细胞转移的方法,同时这种方法允许生产可用于器官移植的转基因的猪。

      通过这种方法,对猪基因组进行其他操作来改善排泄物组成是可能的,尽管已经有一些保证和成功的例子,但是不论其产品的质量和对环境的积极意义如何,转基因猪能否进入食物链还要依赖于消费者是否接受。

6 结论

      猪的营养学和分子遗传学在未来的结合显示出美好的前景。确定在猪营养利用、生产性能和排泄物的组成中的遗传变异,并改善动物种质、优化营养物质吸收的先进技术方法的发展,为养猪业的可持续发展,执行既环保又健全合理的生产实践活动提供了一个极好的起点。 将生产者,营养学家和分子生物学家的经济和智力资源结合起来对取得养猪业更好的产量和质量具有至关重要的作用。

 

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