微卫星DNA标记在畜禽遗传选育中的应用

微卫星ＤＮＡ标记在畜禽遗传选育中的应用摘要概述了微卫星DNA的结构、功能及形成机制，对其在分子标记方面的特点及在基因定位、基因图谱绘制、分析群体遗传结构、预测杂交优势等畜禽遗传选育方面的应用优势进行了分析。

关键词微卫星；分子标记；多样性；基因分析长期以来，对畜禽的遗传选育研究的准确性和敏感性始终受数量与环境影响，难以提高选育的效率和选育过程的预见性。

直到近年微卫星标记技术的出现，人类对畜禽品种遗传与选育的研究进度才明显加快。

微卫星标记在畜禽品种资源分类及遗传多态性评估和保存研究中，因为数量大、分布广且均匀、多态信息含量高、检测快速方便等优点，被公认为理想分子选择标记而在畜禽遗传选育中得到广泛应用。

1微卫星DNA的结构特点微卫星（microsatellite）一般以1～6个碱基为核心序列，首尾相连组成串联重复序列[1]。

这种序列存在于几乎所有真核生物的基因组中，均匀分布于基因的间隔区和内含子、外显子和调控区（如启动子、增强子）。

在染色体上，除着丝粒及端粒区域外，其他区域也广泛散在分布有微卫星位点（Winter，1992）[2]。

微卫星是一种多态标记，本身却无位点特异性，为了解决不同实验室用不同方式所做图谱的合并、融合问题，Beckmann等（1990）在序列示踪位点（Sequence Tagged Site，STS）的基础上提出以微卫星核心序列为中心，两侧各加上一段侧翼序列，这两段侧翼序列可以将包含于它中间的微卫星特异地定位于基因组的某一部位，构成可通过PCR技术从基因组中检测出来的序列示踪微卫星座位（Sequence Tagged Microsatellite Site，STMS）[3]，微卫星DNA由其核心序列和两侧的侧翼序列构成，侧翼序列使某一微卫星特异定位在染色体的一定位置，核心序列重复数的不同是构成微卫星多态性的基础。

因DNA在复制和修复过程中碱基的滑动、错配或减数分裂过程中姊妹染色单体的不均等交换。

使微卫星具有丰富的多态性，有自身特异性结合蛋白，还能直接编码蛋白，是基因组和基因变异的来源，可参与染色体折叠、端粒形成等，可通过改变DNA结构或结合变异蛋白等发挥作用。

利用微卫星引物扩增，电泳分析扫描DNA片段的特征波长和顺序，可跨物种研究未知物种的微卫星位点，节约试验成本和时间，快速测定基因组样品，进行畜禽选育的个体与血缘距离的准确鉴定和基因定位等，因此在家畜遗传分析、资源评估选育中，广泛利用微卫星位点特性进行群间分类与亲缘关系确定，辅助进行品种选育。

2微卫星DNA标记在畜禽遗传选育中的应用2.1制作畜禽基因指纹图2.1.1鉴定种系个体基因及亲缘关系。

微卫星的碱基组成和结构相似而重复数不同，用微卫星的核心序列如（AC）n或（TG）n作多位点探针，通过电泳和杂交将被检位点差异用条带表现出来，可产生微卫星DNA指纹图，指纹图具有高度的个体代表性和物种特异性。

Ellegren等[4]研究表明，组合5个微卫星位点可使排除率达98%以上，使用10个位点排除率可达99.99%。

Glowatzki-Mullis 等（1995）[5]用不同染色体上的6个多态微卫星成功地解决了血型鉴定无法判定的35头牛的血缘问题。

Heyen等（1997）[6]使用22个牛微卫星位点，使鉴定准确率达到99.99%。

Luikart等[7]证明2个个体完全相同的概率为10-15。

因而在鉴别异卵双生或同卵双生及畜牧生产的人工受精和胚胎移植中广泛使用，极大地提高了畜禽生产的效率。

2.1.2估测种群（品种、品系）内遗传纯度和彼此之间遗传距离。

在现代畜禽生产和育种中，通常利用系谱划分亲缘关系来确定个体选留，但在群配、混合授精、胚胎移植、寄养等条件下，有时会无法准确判断某些个体的亲缘关系，需通过微卫星标记估测遗传纯度与距离[8]，进行畜禽种类血缘控制与个体识别。

Machugh等（1998）[9]用20个微卫星对7个欧洲牛品种的253个个体进行了遗传结构分析。

龚炎长等（1998）[10]用微卫星探针比较了我国地方猪种与外来猪品种、培育猪品种的遗传差异。

Roberta [11]、Peelman等（1998）[12]分别利用微卫星位点分析了牛品种杂合度、多态信息含量和遗传距离。

孙少华等（1999）[13]利用6个微卫星位点分析8个肉牛杂交亲本群体的遗传变异。

Buchanan等[14]用微卫星标记研究了5个不同羊品种间的遗传距离与进化关系。

2.1.3连锁分析比较相关经济性状。

畜禽的大多数重要经济性状如产奶量、产仔数和产蛋量等数量性状，其表型值受许多基因与环境因子共同作用，在实际生产中难以选择确定。

而通过微卫星DNA指纹图标记特定染色体上的基因遗传标记，利用微卫星标记与某些功能基因或QTL的连锁关系，可对功能基因在染色体上的位置及其效应进行确定和跟踪，计算出单个QTL（数量性状）产生的效应值，有效提高品种选育选择效率。

候建国等（2003）[15]发现肉色与大理石纹、pH值、系水力间存在相关系数，pH值和系水力间的相关系数差异显著，MN006座位与影响pH值性状的QTL连锁，加性效应为0.108，MN004座位与影响大理石纹的QTL连锁，加性效应为0.125。

Zhou（1999）[16]等对23个高度近交系鸡的42个微卫星位点进行分析，结果表明微卫星在遗传多样性的研究准确可行。

2.2构建遗传连锁图谱遗传图谱主要用来分析畜禽重要经济性状在基因组中的位置及其对表型性状的贡献率。

利用微卫星标记在基因组中每隔一定距离找一个多态微卫星标记，构建覆盖整个畜禽基因组的完整高分辨率图谱，可以详细了解与控制那些有价值的数量性状或抗病性状位点的组成和表达调控机制。

通过确定QTL在图谱上的位置与标记之间的遗传距离和QTL的表型效应，定位重要生产性状基因，借以调控、改良不同畜禽品种的经济性状。

目前，使用微卫星标记制作基因图谱的标记饱和度日趋增加、平均距离逐步缩小。

Barendse（1997）[17]的中等密度牛基因组连锁图总计有746个标记，其中601个为微卫星标记。

1998年罗斯林研究所报道牛基因组数据库中的基因位点数为2 338个，微卫星标记为1 285个；猪基因组数据库中的基因位点数为1 795个，微卫星标记为1 197个。

2004年，该所研究绵羊基因组数据库中的基因位点为1 396个，标记位点达到2 539个，其中微卫星标记有1 846个。

高密度遗传连锁图谱的建成为基因定位、物理图谱的构建及基因的位置克隆奠定了基础。

2.3定位功能基因及QTL分析随着分子遗传图谱研究的进展，人们不断发现、利用微卫星标记对不同亲本基因定位检测，实现有利基因转移和基因累加选择[18]。

Georges等[19]分别在第l、第6、第9、第10和第20号染色体上定位了5个影响产奶量的QTL。

Ron等[20]发现微卫星位点D21S4与控制产奶量和乳蛋白产量的QTL连锁。

Ashwell 等[21]通过微卫星位点将一个控制奶牛体细胞评分的QTL定位于牛的23号染色体上，将牛的双肌基因MH定位于牛的2号染色体上与微卫星标记TGLA－44相连锁。

Yonash等（2001）[22]还用25个微卫星标记对影响鸡抗体水平和存活率位点进行定位，研究白来航蛋鸡对马立克氏病的抗御性，并定位了7个QTL 在染色体上，表明在品种改良实践中可以应用微卫星标记对基因直接选择和进行自动化、规模化分析。

2.4分析群体遗传结构及遗传关系通过DNA的变异研究分析群体的遗传结构及遗传多样性比其他方法都更为直接和准确。

并可根据已建立的基因图谱，反映着物种的进化历史。

樊斌等[23]使用27个微卫星标记对3种地方猪种进行检测，发现S0l15上的158bp、162bp、164bp及Sw72上的110bp为我国猪基因组中共有最为原始、最具特色的基因，其余则为各地方品种的特有基因。

Van-Zeveren等[24]利用微卫星标记研究得出了品种内的遗传差异和遗传关系、标记分析猪的遗传结构，证明微卫星标记在遗传多样性研究和近交群体的遗传结构研究上是可靠的。

2.5预测品种杂交优势在微卫星标记技术应用之前，预测杂种优势需将大量的品种或品系进行试验，从中筛选出优势个体。

但不同杂交品种的优势率呈正态分布，加之某些畜禽的世代间隔较长、窝产仔数较少，以及选种方法的差异，难以快速准确地获得适合推广的杂种优势组合。

而利用微卫星DNA多态性及高突变率测定群体间的遗传相关性，可以计算遗传距离和遗传纯度，准确度量群体遗传变异，测定选育个体的基因型与估计个体的表型和育种值，从而减少繁重的测定工作，节省育种费用，开展精确选育。

Baker[25]提出每个微卫星位点至少应有4个等位基因用于遗传多样性评估，指出在系统随机整群抽样中，保持样本含量50，期望值在0.1～0.5，应用30个位点，等位基因有效数为1.75，可使估测的精确性和准确性均有所增加。

孙少华等[26]利用微卫星标记技术分析肉牛杂交亲本群体的遗传结构和遗传变异以预测杂种优势，并对18个肉牛杂交组合效果进行评估获得成功。

说明用微卫星位点估计品种间或品种内遗传距离和结构、判断亲缘关系与预测杂交优势是有效的。

2.6控制与监测遗传选育效应在畜禽的常规育种中，常通过多代回交将某品种（供体）某性状基因渗入到另一品种（受体）的基因组中，同时将供体的相关基因剔除出受体品种。

Hillel 等（1990）[27]首次报道了用DNA指纹分析法监测品种选育过程中基因渗入程度。

利用微卫星不仅可准确区分品种类型，也可监测回交过程中供体基因，提高选择的准确性，有目的地将目的基因（有益基因）渗入与受体最相似的个体基因，剔除不利基因，增大选择强度，定向培育新品种系群，减少回交世代数、缩短世代间隔，还可提高选育群体的生产性能或生活力，从而大大减短育种年限和降低选育成本，加速畜禽育种。

2.7评估畜禽遗传多样性与资源保护微卫星不仅可以反映不同个体之间的遗传相似度，还可以利用基因频率反映群体之间的遗传相似度。

通过微卫星标记对遗传多样性的评估，可检测个体基因型，统计群体中的微卫星位点等位基因的数目和频率，了解家畜品种的遗传结构、生活背景，分析其进化的历史。

结合分子遗传学和数量遗传学原理，计算各个品种的遗传变异关系[28]，对目标基因在保种群世代传递过程中的分离和重组进行跟踪，通过有意识地选留，防止目标基因因遗传漂变而丢失；并探讨品种濒危的原因，提出合理的保种措施，初步评估品种的遗传多样性及品种间的亲缘关系与分化关系，利用DNA分子标记监测和控制保种群的近交速率。

在对现有品种群体遗传结构和遗传关系的分析研究基础上，积极开展对畜禽品种资源的合理保护和利用，实现畜禽资源的开发利用与可持续发展。

3微卫星DNA技术应用的前景尽管微卫星技术仍有获得过程复杂繁琐，存在对非损伤样样品检测困难，在试验条件被改变的情况下，出现影子带和波峰重叠现象等不完善的地方，但微卫星标记技术在增大畜禽种类低遗传性状、限性性状和后期性状选择强度，缩短世代间隔，提高选择的准确性方面的优势作用是其他任何一种技术无法替代的。