标记辅助选择技术在山羊育种中的应用

肖玉萍，周 磊，程胜利，杨保平，魏云霞

（中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，兰州 730050）

我国山羊绒年产量已达1万t左右，贸易量占全球的50%以上，但山羊个体的生产水平较低，并且在传统的选择模式下，山羊经济性状的选择进展也很慢。而标记辅助育种能充分利用表型、系谱和遗传标记的信息，与只利用表型和系谱信息的常规选种方法相比，具有更大的信息量，且可允许进行早期选种、缩短世代间隔、提高选择的准确性和选择强度、降低育种成本，可弥补传统选择技术准确率低、育种周期长的缺点，从而加快山羊的育种进程。近年来，随着标记辅助选择方法的逐步完善和许多影响山羊重要经济性状的QTL的成功定位，标记辅助选择在未来山羊育种改良中将会发挥越来越重要的作用［1］。

1 标记辅助选择在动物育种应用中的基本策略

1.1 标记辅助选择

标记辅助选择（marker assisted selection，MAS）是通过寻找对动物特定性状有较大影响的数量性状位点（quantitative trait loci，QTL）附近的分子标记，并通过判断标记的基因型对种畜进行选择的方法。MAS育种的基本技术路线:寻找包含QTL的染色体片段，在这些区域内标定相应QTL的位置，并找到与该QTL紧密连锁的遗传标记，确定与性状变异有关的特定基因及其功能位点，在遗传标记的辅助下较准确地对特定性状进行选择。MAS应用于动物育种时主要有以下3种方法：

①在常规动物模型的基础上加上分子标记的信息，即同时利用表型、系谱和分子标记的信息进行个体育种值估计。个体育种值可以分为两部分，QTL育种值与多基因育种值。有研究者将仅用标记信息辅助选择的效率同BLUP选种和根据标记+表型最佳组合选种作比较，其结论为只有当标记基因与QTL间的连锁紧密时标记辅助选择才会有效。若对标记效应估计不准确，则标记效率就会降低。②两阶段选择。在生产性能测定之前根据分子标记信息进行选择，将携带有理想分子标记等位基因的个体选留下来参加性能测定，用常规方法BLUP进行育种值估计，并进行第2次选择，从而提高选择差和选择强度。③早期选择。由于分子标记的一个重要优点是其测定不受年龄的限制，因此，当对某个性状所掌握的QTL能够保证进行早期选择（根据标记信息），并产生更大的遗传进展和育种效益时，可以考虑采用早期选择。

控制某一数量性状的基因是多位点的，只有那些对相应经济性状具有适当或有足够大效应的QTL才可用于MAS。QTL对相应性状的效应，可用该QTL纯合子间性状差异的一半来衡量。在MAS中，一般要求其效应值a至少为0.5个标准差。Saefudin（1991）指出，某QTL的效应值a越大，则该QTL在MAS中被选择来利用所需的代数就越少。Smith（1986）认为，具有适当效应值和中间程度基因频率（0.1

另外，标记辅助选择是以遗传标记与QTL连锁为基础的，所以标记与QTL间的连锁程度是决定MAS的关键。遗传标记与QTL的连锁程度可用重组率、连锁不平衡值和标记与QTL间的图距厘摩等来衡量。由于重组等原因，常使遗传标记与QTL的连锁信息不能跨家系或跨群体使用。在对同一群体的连代选择中，由于重组，其连锁水平也将会随代数增加而逐渐下降，从而造成运用标记选择的能力逐代降低。因此，采用那些与QTL紧密连锁的标记是促进标记辅助选择广泛应用的有力手段。

1.2 标记辅助导入

任何一个品种不可能带有全部优良经济性状的基因，但若能鉴定出若干个有较高经济价值的等位基因，通过有效的杂交育种将其扩散到全群将大大提高整体的生产水平。如果某个品系除了1个或几个等位基因外，其他各方面性能都较差，此时可使用标记辅助导入方法（Marker-assisted introgression，MAI）导入优良的基因。

在基因导入时，有2种方式可利用遗传标记：①利用遗传标记对欲导入的基因进行标记；②利用遗传标记来选择或排除某一特定的背景基因型。基因导入时采用如下途径：利用带有被导入等位基因（或数量性状主基因）的群体与受体群进行多代回交，继而进行横交使目的基因纯合。标记辅助导入方案的效率取决于终端群体被导入基因的频率和有益经济性状的遗传进展（Haley C S.，1991）。Hospital（1992）认为，使用标记比不使用标记重新获得基因组的效率快2个世代。

动物育种一般具有较长的世代间隔、较低的繁殖力和较高的饲养成本。因此，一般只针对那些效应较大的基因进行标记辅助导入。如Hanset等（1995）采用与RYR座位紧密连锁的标记进行前景选择，将抗应激敏感的基因成功地导入到皮特兰猪中。

2 影响标记辅助选择效率的因素

总结诸多关于标记辅助选择相对效率的研究，标记辅助选择的效率总体上高于常规选择方法，但标记辅助选择的优势究竟有多大，不同研究者的结果差别很大。影响因素主要有:①所选性状的遗传特性。一般认为用标记辅助选择低遗传力性状、限性性状和抗病性状的效率较高；而高遗传力性状和早期表达的性状，标记辅助选择的效率则较低［2-4］。尽管如此，也有学者认为，并非性状的遗传力越低，标记辅助选择的效率越高。因为当某一性状的遗传力很低时，标记与QTL的连锁效应以及标记被检出的机率都会受到影响，从而也就降低了标记辅助选择的选择反应。Moreau L 等［5］、Hospital F 等［6］研究指出，当遗传力低于0.2时，标记辅助选择的选择反应会变得不稳定，需要重复估计，标记辅助选择对中等遗传力性状（h2=0.2～0.4）最为适用。②标记与QTL的连锁程度。标记与目的基因或QTL连锁得越紧密，标记辅助选择的效率越高［5，7-8］。Meuwissent等［9］通过对奶牛的研究发现，祖父的遗传标记可以说明孙女预测值家系内方差的13.3%，但该数值会随着侧翼标记距离的增大而降低。③QTL的数目和效应。当控制某一数量性状的QTL数目较多、效应较大时，标记辅助选择往往能取得明显的效果，当QTL的效应小到一定程度时，用其来进行标记辅助选择就变得没有意义。但Moreau L等［5］研究认为，某数量性状的QTL数目较多时，QTL间就有可能存在一定的连锁，这不仅会增加计算的复杂性，而且易引起检出“幻影”QTL，以至于影响标记辅助选择的效率。④QTL参数估计的准确性。QTL参数估计的准确性是影响标记辅助选择应用的最关键因素之一，过高或过低估计QTL的效应都会降低标记辅助选择的效率。Spelman等［10］的研究表明，如果在育种程序中通过标记辅助选择利用了虚假的QTL，不仅不会提高选择效果，反而会降低遗传进展。如果QTL参数估计的结果不可靠，甚至是错误的，那么在此基础上进行的标记辅助选择就是不可靠之上的不可靠，就是一错再错、错上加错了。⑤其他因素。除了上述因素会影响标记辅助选择的效率外，QTL有利基因的起始频率和其他影响常规方法选择效果的因素如育种方案、群体的规模和结构，以及选择的世代数等也会影响标记辅助选择的效率。许多研究［5，8，11］结果表明，群体规模是影响标记辅助选择效率的一个重要因素，多数情况下标记辅助选择的相对效率会随着群体规模的增大而提高。也有不少研究表明，标记辅助选择所获得的额外选择反应（相对于常规选择而言）在短期选择时较大，而在长期选择时却会因连锁不平衡降低等原因而下降［11］。但如果能在选择过程中不断地检测到新的QTL，当“老”QTL趋于固定时将其加入选择指数中，则可能继续保持标记辅助选择在选择效率上的优势。

3 标记辅助选择在山羊育种中的应用

沈伟等［1］以辽宁绒山羊、柴达木绒山羊和柴达木山羊3个群体共147只山羊为研究对象，运用PAGE和RAPD技术对山羊的体重、绒产量和绒细度3个性状进行了与标记基因关系的遗传分析，结果表明：EsD222型、LAPBB型和PA322型分别为体重、绒产量和绒细度性状的优势标记基因型；可利用标记辅助预测的方法充分利用多基因座标记基因间的互作效应；在体重上，寻找到有显著选择效应的RAPD条带11个，在绒产量和绒细度上分别为9个和6个；在多目标性状选择中，CY0818/AO型和OPW 19/C1型为体重和绒产量的双重优势RAPD标记，CY0818/G1型为体重和绒细度的双重优势RAPD标记。张亚妮等采用PCR-SSCP技术研究了绒山羊KAP基因的多态性，并通过标记位点与经济性状的遗传相关预测了选择反应。其结论为：在产绒量性状上，S1-AB，S1-BB，S3-BB和S4-AB基因型可以作为标记基因型；在体重性状上，S3-AA和S3-AB基因型可以作为标记基因型；在体重和产绒量性状上，S2-BB基因型可作为多性状标记辅助选择的标记。马蕊霞［12］采用PCRSSCP和基因测序技术，对140只陇东白绒山羊和130只中卫山羊的KAP6.1和KAP S.1基因部分序列进行了多态性分析，并通过经济性状与多态位点的遗传相关计算了各位点的选择反应以确定经济性状的优势标记位点，结果：筛选了6位点，只在4个位点得到了特异性扩增结果表明，检测 L1、L2、L3、L4四个位点存在多态性，且均为3个基因型AA、AB和BB型；中卫山羊在L1、L2、L3三个位点均处于Hardy-Weinberg平衡状态，在L4位点不平衡。陇东白绒山羊只有在L3位点是平衡的，在L1、L2、L4三个位点的分布均处于Hardy-Weinberg不平衡状态。结合基因型的选择，L1位点的BB基因型可以作为陇东白绒山羊体重性状和产绒量性状的首选标记基因型；L3位点的AB基因型可以作为中卫山羊体重性状和产绒量性状的首选标记基因型。耿社民等［13］通过对127只辽宁绒山羊血液蛋白质座位与经济性状遗传关系的分析结果表明:PA-32－2型在产绒量和体重两方面的LSE都显著的大于其他基因型，而且PA-3座位的选择反应最大，可以作为多性状标记辅助选择时的标记基因型；其次TfAB型、ESDBB型可作为产绒量的标记基因型，LAPAB作为体重的标记基因型。于辉等［14］采用PCR-SSCP、PCR-RFLP和DNA测序等技术，检测了内蒙古白绒山羊、陕北白绒山羊两个绒山羊品种共计1 006个个体的角蛋白相关蛋白基因（KAP7.1、KAP9.2、KAP16.2和KAP16.6）和同源异型盒基因（Hoxc13）等8个基因座的遗传变异，分析了其遗传结构和遗传多态性。同时运用SPSS（16.0）软件，利用最小二乘拟合线性模型等方法对内蒙古白绒山羊在上述基因座中的多态性与产绒性状及体重进行了关联分析，得出：Hoxc13基因包含2个外显子在内的3个基因座中未检测出多态性；KAP9.2P1和KAP9.2P2基因座在陕北白绒山羊和内蒙古绒山羊群体中均处于Hardy-Weinberg不平衡状态；陕北白绒山羊在KAP16.2基因座中处于Hardy-Weinberg平衡状态，而内蒙古白绒山羊群体在该基因座中处于Hardy-Weinberg不平衡状态。陕北白绒山羊和内蒙古白绒山羊群体在KAP16.6基因HindⅢ酶切位点中处于Hardy-Weinberg不平衡状态，而在KAP16.6基因E－co130Ⅰ酶切位点中均处于Hardy-Weinberg平衡状态。赵苗等［15］以内蒙古白绒山羊、陕北白绒山羊两个绒山羊品种共计1 006个个体为材料，利用PCR-SSCP、aPCRSSCP、PCR-RFLP、生物信息学、DNA测序和DNA序列分析技术，研究了KAP基因家族中的4个HGT-KAP基因（KAP6.1、KAP6.2、KAP8.1、KAP8.2 基因的全 CDS 区）、MTNR1a基因（外显子2）、SS基因（全CDS区）共6个候选基因8个基因座的遗传变异，同时探讨绒山羊群体遗传结构、遗传多态性及其与经济性状（产绒量、毛长、绒厚、抓绒后体重、产羔数、初生重）的关系，同时初步探讨了PCR-SSCP和aPCR-SSCP两种方法的优点与不足。结果表明：在陕北绒山羊和内蒙古绒山羊群体中，KAP6.1基因和KAP8.2基因为单态，KAP6.2基因中共揭示了2个SNP和1个缺失突变；KAP6.2基因的片段仅在陕北绒山羊群体中存在，并且处于Hardy-Weinberg平衡状态，而在内蒙古绒山羊群体中并没有检测到。不同多态基因座与内蒙古绒山羊产绒性状和抓绒后体重的方差分析表明，KAP6.2基因对本试验所检测的性状没有影响，KAP8.1基因的不同基因型对毛长性状有极显著影响(P＜0.01），因此该试验将KAP8.1基因作为毛长性状的候选基因；MTNR1a基因外显子2中的SNP对产绒性状和抓绒后体重没有影响。但是，MTNR1a-4-577基因座对内蒙古绒山羊的产羔数有影响显著，MTNR1a-4-589基因座对羔羊初生重有显著影响，故将MTNR1a-4-577作为产羔数选择的标记，而MTNR1a-4-589基因座可以作为初生重选择的标记；利用PCR-SSCP的方法并没有检测到SS基因突变基因座的存在。Gootwine等［16］借助与FecB座位紧密连锁的两个微卫星标记OarAE101和BM1329对FecB进行前景选择，将Booroola羊中的FecB基因利用标记信息辅助导入到了Awassi乳用绵羊中，这是标记辅助导入FecB基因来培育高繁殖力绵羊的一个重要成果。

4 结语

标记辅助选择由于充分利用了遗传标记、表型和系谱的信息，因此具有比常规遗传评定方法更大的信息量，可提高个体遗传评定的准确性。同时由于标记辅助选择不易受环境的影响，且没有性别、年龄的限制，因而允许进行早期选种，可缩短世代间隔，提高选择强度，从而提高选种的效率和准确性，因此在山羊的遗传改良中具有广阔的应用前景。然而，我们应清醒地认识到，分子标记技术只是起辅助作用，辅助选择离不开常规育种。凭借分子标记辅助选择手段育成品系或品种的报道在山羊育种中还相对较少，通过分子标记辅助选择提高育种效率，大规模培育优良品种的期望仍未实现。从已有的研究结果来看，标记辅助选择的真正应用尚有很多需要研究解决的问题，未来的成功还需要不断积累新的经验和知识。随着国际绵羊和山羊基因组计划的深入开展和完成，许多影响山羊重要经济性状的QTL已经或正在被成功定位，人们对标记辅助选择的研究也将不断深入，标记辅助选择也将从理论研究逐渐进入实际应用阶段，标记辅助选择也必将在未来的山羊育种改良中发挥出其应有的作用。

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