微卫星标记预测肉羊杂种优势的研究进展

段永杰，姜怀志，王利民

（吉林农业大学动物科学技术学院，长春 130118）

我国羊肉产量在肉类结构中仅占4%，人均羊肉占用量不足3 kg［1］，市场上的羊肉需求缺口极大，尤其是肥羔类优质羊肉表现更为突出，若要填补市场需求，满足人们的消费，必须提高羊肉的产出量。贾志海［2］在文献中提到，养殖生产体系中，品种的贡献率约40%。因此，解决此问题的关键在于优质肉羊品种的选育。传统的育种工作，费时费力，分子生物学技术的发展为育种工作开创了新的途径，微卫星标记技术作为第2代分子遗传标记技术，以其优势被应用于多个领域，包括杂种优势的预测。

1 杂种优势及其预测方法

杂种优势（heterosis）是指在实验或生产过程中，不同品种、品系或类群间的杂交后代在生活力、生长势和生产性能等方面超过亲本纯繁群的现象，其主要的表现是F1相关生产性状优于纯种亲本［3-4］。杂种优势实际是双亲性状基因间的配合力表现，其遗传基础是优良显性基因的互补和群体中杂合频率的增加抑制和减弱了不良基因的作用，提高了整个群体的平均显性效应和上位效应［5］。杂种优势现象的发现已有几个世纪的历史［6］，在我国古代就有把马和驴杂交成骡子，利用其杂种优势提高劳动效率的现象，而把杂种优势作为一种研究对象，则是从Darwin对基因缺失原因的探索开始的，对于这个问题的研究一直持续了100多年。近代育种学的“杂种优势”，则是Shull G H首先在玉米自交系杂交的生产中加以应用，而后在1914年提出这个专业术语。

快速有效地预测杂种优势一直是育种工作者共同关心的问题，通过杂交测定亲本配合力来预测杂种优势虽然直接有效，但需对大量组合进行评价，费时费力，并且易受外界环境的影响。因此，育种工作者，意识到亲本遗传距离与后代杂种优势表现存在一定的相关性［7］。随着分子生物学技术的快速发展，对杂种优势的研究已经从相关性状的表型水平深入到基因水平［8－10］，这加深了人们对杂种优势遗传机制的认识，并使其应用于实际预测的价值大大增强［11］。目前，对杂种优势预测的准确度还存在缺陷。McColdrick等［12］认为其中的原因可能是基因组的标记覆盖率不够、标记随机分布不平衡、杂种的显性度水平不一致等，基因型分析错误、无效等位基因、部分非整倍体、基因印迹、有害基因、亚群体再分，以及部分近交等也是不可忽视的因素。另外，苏玉虹等［13］、姜勋平等［14］、姜运良等［15］用候选基因法或 QTL 分析法研究生产性能性状的基因杂合性，初步显示这些方法有助于揭示引起性状基因杂合性变化的遗传机制，从而更好地预测杂种优势。

2 微卫星标记及其预测肉羊杂种优势的理论基础

同一物种不同个体染色体上的碱基对大多数是相同的，但在某些位点上，不同个体间的DNA序列会出现差异，差异的DNA会影响基因的功能，进而影响性状的表型，这些差异就称为分子遗传标记（genetic marker），即标记基因。越来越多的遗传标记被广泛应用于育种研究中，而且在加快选育进程中起到了常规育种无法替代的作用。目前，常用的遗传标记方法有：限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP），随机引物扩增多态性DNA（polymerase chain reaction DNA，RAPD），可变数目串联重复序列（variable number of tandem repeats，VNTR），线粒体 DNA 标记，SNP 标记［16］等。微卫星标记（microsatellite marker）属于VNTR的一种，其作为第2代分子遗传标记技术，被广泛应用于构建遗传图谱、评价遗传多样性、定位数量性状等方面。由于其稳定性好，多态信息含量丰富，呈共显性遗传，可比性强且易于实现分析技术的自动化等优势，因此是其他遗传标记所不能替代的［17］。微卫星标记技术的实现主要利用其不同基因两端序列的高度保守性及重复次数的高度变异性，然后通过PCR扩增和有效的检测，达到遗传差异分析的目的［18］。

现代杂种优势理论认为，遗传距离的大小在一定程度上决定杂种优势的大小，R.J.Chen等［19］通过实验证明遗传距离可以用于杂种优势的预测。而利用微卫星标记测定个体及亲本间的遗传距离的大小，可用于准确地分析品种（系）间的遗传差异，能辅助预测个体及品种（系）间的杂种优势，筛选优良杂交组合［20］。FAO建议，在利用微卫星标记分析家畜间的遗传距离时最好选用不少于25个的微卫星位点，每个位点最好有不少于4个的等位基因［21］。因此，利用微卫星标记检测品种和品系间遗传距离，进行杂种优势预测是非常可靠的。

3 微卫星标记预测肉羊杂种优势的研究现状

Nei等认为微卫星标记比血型、蛋白质多态更具有多态性，根据其计算出的遗传杂合度在估计亲缘关系较近种群间的遗传距离时更加精确高效；闫晚姝等［22］利用引进纯种萨福克羊、陶赛特羊、德国美利奴羊为父本，与小尾寒羊杂交，结果表明:从杂交繁殖性能和杂交一代羔羊的早期生长发育来看，萨寒组合是理想组合；赵希智［23］以特克塞尔羊、无角陶赛特肉羊为终端父本，滩寒杂种羊为母本进行三元杂交，其产羔率、羔羊的初生重、断奶重、6月龄活重等均显著优于滩羊；张英杰等［24］则利用4个微卫星DNA分析了3个山羊群体和部分绵羊品种的遗传多态性，并对杂种优势进行了预测，然后在生产中进行了杂种优势验证，验证结果表明利用微卫星DNA预测杂种优势与实际生产的杂种优势情况相符；王玉琴［25］利用无角陶赛特羊作为父本与地方优良品种小尾寒羊进行杂交，发现杂种优势比较明显；姚军［26］通过实验证明，分布地区距离较远、来源差别较大，类型、体长不同的种群间杂交以及长期与外界隔绝、基因型相对较纯的种群间杂交可以获得较大的杂种优势；刘国庆等［27］利用绵羊微卫星标记估测级进杂交群体的基因杂合度，比较在不同杂合度水平下生长性状的差异，以研究级进杂交群体基因杂合度对绵羊生长性状的影响，为绵羊杂种优势的利用奠定理论基础；张英杰等［28］利用5对微卫星标记预测了3个国外品种与小尾寒羊的杂种优势，结果表明:萨福克羊与小尾寒羊的遗传距离大于陶赛特羊，陶赛特羊与小尾寒羊的遗传距离大于特克塞尔羊，与实际杂种优势测定结果相符；张勃等［29］利用6个微卫星标记对无角陶赛特羊、蒙古羊及小尾寒羊遗传距离进行了遗传检测，测定了无角陶赛特羊与小尾寒羊和蒙古羊杂一代公羔6月龄前的日增重及杂种优势率，结果表明：无角陶赛特羊与小尾寒羊的遗传距离大于蒙古羊，这与实际的测定结果基本相符，说明小尾寒羊在肉羊新品种群培育中可作优良母本；杨诗兴［30］认为利用杂交优势提高羊肉的产量与品质是可以肯定的，杂交优势表现强度与杂交组合、育肥期、饲养方式以及营养水平密切相关，认为有针对性地引进外来肉羊品种，与本地品种开展杂交生产肥羔，是一条既符合我国国情，又是多快好省的路子；瞿冬艳等［31］用微卫星DNA对宁夏牧区主要绵羊群体的遗传多态性进行了分析，并据此预测了杂种优势，根据DC遗传距离和DA遗传距离，预测群体间杂种优势，杂交母本品种以滩寒杂种羊效果最好，滩羊次之，小尾寒羊最差，杂交父本的选择顺序为特克塞尔羊、萨福克羊、陶赛特羊；R.J.Chen等［19］利用7个微卫星标记对陶赛特羊、特克塞尔羊、黑头萨福克羊、滩羊、小尾寒羊以及滩羊与小尾寒羊的杂交后代6个品种的羊进行遗传多样性评估及种群遗传距离的测定，结果表明：滩羊和小尾寒羊的杂交后代作为杂交母本的杂种优势效果最明显；曾检华等［32］通过UPGMA聚类分析，结果表明：2个地方品种和3个引进品种的遗传距离较远，特别是与杜泊羊的遗传距离较远，提示湖羊和杜泊羊、小尾寒羊和杜泊羊的杂交组合更具优势；毛杨毅等［33］用5个微卫星标记对山西省5个山羊品种遗传多态性进行分析，发现波尔山羊与吕梁黑山羊的标准遗传距离最大（0.508 3），其余依次为阳城白山羊（0.447 4），洪洞奶山羊（0.433 2），黎城大青羊（0.330 1），据品种间遗传距离推测，波尔山羊与吕梁黑山羊的杂种优势最大，与阳城白山羊和洪洞奶山羊的杂种优势次之，与黎城大青羊的杂种优势最小；张建新等［34］选择了与产肉性能相关的5个微卫星标记，分析了这5个位点在杜泊羊、德国美利奴羊、特克塞尔羊、陶赛特羊和右玉本地绵羊5个品种中的遗传多态性，通过遗传分析预测了4个国外引进肉用绵羊品种与右玉本地绵羊的杂种优势，并与实际测定结果进行了比较分析，结果表明:利用微卫星DNA多态性进行品种间杂种优势预测是可行的，杜泊羊与右玉本地绵羊杂交的杂种优势最大，与实际测定结果一致；Di R等［35］选择28个微卫星标记，用小尾寒羊母羊分别与白头萨福克羊、黑头萨福克羊、特克塞尔羊、杜泊羊、南非美利奴羊、德国东佛里生羊杂交，通过回归分析了胎产仔数、日增重、饲料转化率等指标，结果表明：南非美利奴公羊、德国东佛里生公羊与小尾寒羊杂交后代的经济效益最大，而萨福克羊与小尾寒羊杂交后代的平均日增重最大。

4 小结

杂种优势在生产中的价值是不容忽视的，杂种优势预测对于杂种优势的利用具有重要意义，这不仅有助于进一步了解杂种优势的机理，而且对杂交育种具有促进作用。但杂种优势是一个非常复杂的生物学现象，涉及大量相关基因间的相互作用，杂种优势预测的最终解决将依赖于杂种优势遗传机理的阐明和预测方法的优化。

运用分子标记预测动物杂种优势在一定范围内是可行的，但由于DNA多态性分析受费用昂贵、技术性强等因素的限制，只能对少量的样本进行分析。因此，必须对分析技术进行改进，使之操作简便、准确而又经济。电子计算机在遗传育种上的应用，将数学多维空间距离概念同生物多性状综合遗传差异联系起来，通过多变量分析评价亲本间遗传差异、预测杂种优势，使得杂种优势预测方法进入了新的阶段［36］。随着科学技术的发展，定会有更多的技术方法应用于杂种优势的预测，为育种工作提供更多有价值的参考数据！

［1］姜怀志.关于我国肉羊产业生产结构的若干问题的探讨［C］//第八届（2011）中国羊业发展大会论文集.四川：中国畜牧业协会，2011：9-13.

［2］贾志海，郭宝林.培育肉用新品种促进肉羊产业化［J］.中国畜牧杂志，2003，39（5）：5-6.

［3］James A，Birchler.Heterosis［J］.The Plant Cell，2010，22:2105-2112.

［4］李俊杰，桑润滋，贾青，等.畜禽杂种优势估测方法的研究进展［J］.黄牛杂志，2001，27（1）:4-7.

［5］鄢珣.杂种优势利用在肉羊生产中的应用［J］.中国草食动物，2002（专辑）:182-183.

［6］Chen Z J.Molecular mechanisms of polyploidy and hybrid vigor［J］.Trends Plant Sci,2010，15:57-71.

［7］李宁.动物遗传学［M］.北京:中国农业出版社，2005:201-230.

［8］Ni Z Q，Sun Z，Liu L，et al.Idenfication of a hybrid specific expressed geneencodingnovelRNAbandingprotein in wheatseedlingleavesusing differential display of mRNA［J］.Molecular and General Genetics，2000，263:936-938.

［9］Kollipara K P，Saab I N，Wych R D，et al.Expression profiling of recip rocal maize hybrids divergent for cold germination and desiccation tolerance［J］.Plant Physio,2002，129:974-992.

［10］Guo M，Rupe M A，Danilevskaya O N，et al.Genome wide mRNA profilin greveals heterochronic allelic variation and a new imprinted gene in hybrid maize endosperm［J］.Plant Journa，2003，36:30-44.

［11］Stuber C W，Lincoln S E，Wolff D W，et al.Idenfication of genetic factor scontributing to heterosis in ahybrid fromtwoelitemaize inbred lines using molecula rmarkers［J］.Genetics,1992，132:823-839.

［12］D J McColdrick，D Hedgecock.Fixation，segregation and linkage of all ozyme loci in inbred families of the Pacific Oyster Crassostreagi gas:implications for the causesof inbreeding depression［J］.Genetics，1997，146:321-334.

［13］苏玉虹，熊远著，张勤，等.大白×梅山猪资源家系生长性状QTL的检测［J］.遗传学报，2002，29（7）:607-611.

［14］姜勋平，熊远著，邓昌彦，等.猪肌肉蛋白质含量的QTL分析（英）［J］.遗传学报，2002，29（12）:1068-1072.

［15］姜运良，李宁，杜立新，等.猪肌肉生长抑制素基因5'调控区T－A突变与生长性状的关系分析［J］.遗传学报，2002，29（5）:413-416.

［16］田万强，张道义，林清，等.分子遗传标记与家畜育种进展［J］.中国牛业科学，2008，34（5）:40-43.

［17］赵俊星，岳文斌，任有蛇.微卫星标记在羊遗传育种中的应用［J］.草食家畜，2006，4:22-25.

［18］李明爽，傅洪拓，龚永生，等.杂种优势预测研究进展［J］.中国农学通报，2008，24（1）：117-122.

［19］R J Chen,Z P Yang,D J Ji,et al.Analysis of genetic polymorphism in six meat sheep breeds and genetic distances between them［J］.Czech Journal of Animal Science,2009,54（10）:461-467.

［20］辛晓玲，徐照学，闫祥洲，等.微卫星标记在家畜遗传育种上的应用［J］.河南农业科学，2003，7:63-64.

［21］苑存忠，王建民，马月辉，等.山东地方绵羊品种微卫星遗传多态性［J］.应用生态学报，2006，17（8）:1459-1464.

［22］闫晚姝，陈勇，李毅，等.不同品种的肉羊与小尾寒羊的杂交试验［J］.动物科学与动物医学，2003，20（7）:39-40.

［23］赵希智.肉羊三元杂交效果观测试验［J］.经验交流，2004，24（6）:27-28.

［24］张英杰，赵有璋，刘月琴，等.3个山羊群体中4个微卫星DNA多态性及其与杂种优势关系［J］.遗传，2004，26（5）:631-636.

［25］王玉琴.无角陶赛特羊养殖与杂交利用［M］.北京:金盾出版社，2004.

［26］姚军.中国北方肉用绵羊新品种群培育技术研究［D］.兰州:甘肃农业大学，2005.

［27］刘国庆，孙业良，杨利国，等.级进杂交绵羊微卫星基因杂合度与生长性能的关系［J］.南京农业大学学报,2006，29（1）:67-71.

［28］Zhang Ying-jie，Liu Yue-qin,Sun Hong-xin,et al.Forecast of the Heterosis of Imported Meat Sheep by Genetic Polymorphism of Microsatellite DNA［J］.Agricultural Sciences In China,2007,6（5）:634-640.

［29］张勃，杨博辉.利用微卫星多态性预测绵羊杂种优势［J］.甘肃农业大学学报，2007，3（42）：28-30.

［30］杨诗兴.开展经济杂交促进我国优质羊肉生产的思考［J］.中国草食动物，2008，28（1）:52-54.

［31］瞿冬艳，陈仁金，毛永江，等.宁夏牧区主要绵羊品种遗传多样性分析及群体间杂种优势预测［J］.畜牧兽医学报，2009，40（1）:1-6.

［32］曾检华，曹少先，舒邓群，等.五个绵羊品种的微卫星位点多样性分析［J］.家畜生态学报，2010，31（1）：25-29.

［33］毛杨毅，罗惠娣，郭慧慧，等.波尔山羊和山西省地方山羊品种微卫星DNA多态性分析及群体间杂种优势预测［J］.中国草食动物，2010，30（4）：5-9.

［34］张建新，岳文斌，张雨，等.利用微卫星DNA标记法进行5个肉用绵羊品种的多态性分析和杂种优势率预测［J］.激光生物学报，2010，2：218-223.

［35］Di R，Chu M X，Li Y L，et al.Predictive potential of microsatellite markers on heterosis of fecundity in crossbred sheep［J］.Molecular biology reports，2012，39（3）：2761-2766.

［36］李明爽，傅洪拓，龚永生，等.杂种优势预测研究进展［J］.中国农学通报，2008，24（1）：117-122.