绵羊BMPR-IB基因第7外显子多态性与产羔性状的相关性研究

2016-06-03 11:58贾建磊张利平杨志文
关键词:单胎赛特小尾寒羊

贾建磊,张利平,丁 强,杨志文

(甘肃农业大学 动物科学技术学院,甘肃 兰州 730070)



绵羊BMPR-IB基因第7外显子多态性与产羔性状的相关性研究

贾建磊,张利平,丁强,杨志文

(甘肃农业大学 动物科学技术学院,甘肃 兰州 730070)

[摘要]【目的】 探索绵羊BMPR-IB基因第7外显子多态性与产羔数的相关性,寻找控制绵羊繁殖力的分子标记位点。【方法】 以相同饲养管理条件下同龄已有产羔记录的蒙古羊(单胎母羊和双胎母羊)、无角陶赛特羊(单胎母羊和双胎母羊)、小尾寒羊(多胎母羊)为试验材料,采用PCR-SSCP结合DNA直接测序的方法,对BMPR-IB基因第7外显子进行多态性检测与分析。【结果】 试验羊只存在AA型和AB型2种基因型;AB型个体在BMPR-IB基因第864位点发生C→T突变,出现T/C的杂合,所有试验样本的优势基因型均为AA型,优势等位基因均为A基因。χ2适合性检验表明,无角陶赛特羊、蒙古羊和小尾寒羊均处于Hardy-weinberg平衡状态,BMPR-IB基因第7外显子不同基因型在不同产羔类型绵羊中的分布差异显著,最小二乘法分析表明,绵羊BMPR-IB第7外显子多态性与产羔数有一定的相关性。【结论】 BMPR-IB基因第7外显子第864位点的突变在不同繁殖力母羊群体中分布不同,表明绵羊BMPR-IB基因第7外显子多态性与绵羊产羔数相关,可以作为控制绵羊繁殖力的潜在遗传标记位点进行下一步研究。

[关键词]绵羊;BMPR-IB基因第7外显子;PCR-SSCP;DNA直接测序;多态性;产羔数

我国是世界绵羊主要生产国,绵羊饲养数量和绵羊品种遗传资源均居世界第一位。在我国农牧区,肉羊业已成为重要产业和主要经济来源。繁殖性能是绵羊重要的经济性状,其中产羔性能是影响生产效率的最主要因素,直接影响到养羊业生产的效率和成本,对养羊业的发展起到了关键性的作用[1]。产羔性状分为单羔性状、双羔性状和多羔性状3种,不同品种间的产羔率差异较大。绵羊产羔性状选育最有效的方法是,从DNA分子角度寻找到产羔性状的主效基因和分子标记进行分子选育[2]。

骨形态蛋白受体IB(Bone morphogenetic protein receptor IB,BMPR-IB)基因是编码转移生长因子β亚基(TGF-β)受体家族的成员之一,存在于许多类型细胞中,在绵羊卵巢的卵母细胞和颗粒细胞中有特异性表达,具有影响颗粒细胞分化和卵泡发育、促进排卵数的作用[3-4]。BMPR-IB基因编码区共存在22个突变位点,G192A、A746G、G922T、T1043C等4个位点的突变造成了氨基酸的变化[5],其中编码区第746位点上发生A→G突变后,导致突变体BB对配体生长分化因子5(Growth differentiation factor 5,GDF5)和骨形态发生蛋白4(Bone morphiogenetic protein 4,BMP4)不敏感,从而使高剂量的GDF5抑制了孕胴的分泌,促使排卵率上升[6-7],这称为FECB突变。目前研究表明,BMPR-IB基因的FECB突变位点是Booroola Merino羊、剑桥羊[8]、小尾寒羊[9]等的多胎主效基因。有研究证实,BMPR-IB基因的mRNA表达水平与蒙古羊双羔有关,但并非蒙古羊双羔的主效基因,可能与双羔性状的主效基因或QTL相连锁[10]。另有研究证明,BMPR-IB基因突变与绵羊的繁殖性状密切相关[9]。目前对于BMPR-IB基因4个造成氨基酸变化的突变位点研究较多,而对于18个未造成氨基酸变化的突变位点报道较少。

本试验以相同饲养管理条件下同龄已有产羔记录的蒙古羊(单胎母羊和双胎母羊)、无角陶赛特羊(单胎母羊和双胎母羊)、小尾寒羊(多胎母羊)为试验材料,采用PCR-SSCP技术结合DNA直接测序的方法,对BMPR-IB基因第7外显子多态性进行检测与分析,运用有互作的最小二乘模型对该基因多态性与不同产羔数绵羊(单羔蒙古羊、双羔蒙古羊、单羔无角陶赛特羊、双羔无角陶赛特羊和多羔小尾寒羊)进行相关性分析,以期在该基因中找到与产羔性状相关的遗传标记位点,为绵羊产羔性状标记的辅助选择提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

试验所需无角陶赛特羊(单胎、双胎母羊各60只)由甘肃省兰州市榆中县奉特科技有限公司种羊场提供,小尾寒羊(多胎母羊62 只)和蒙古羊(单胎母羊57 只,双胎母羊55只)由甘肃临洮华嘉牧业有限公司提供,供试羊只年龄均为3~4岁、产羔胎次2~3胎的成年经产母羊。颈静脉采集试验羊血样,ACD抗凝,-20 ℃保存备用。试验中所需要的主要试剂包括:蛋白酶K、PCRTaq预混酶、dNTP、PCR 产物回收试剂盒、琼脂糖、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、过硫酸铵等,均由上海生工生物工程公司提供。

1.2方法

1.2.1绵羊基因组DNA的提取参照文献[11]以及本课题组改进的常规酚-氯仿抽提法提取绵羊血液基因组DNA。

1.2.2引物设计和PCR 扩增参照GenBank 中绵羊BMPR-IB基因序列(登录号:NM_001009431.1),利用Primer 5.0 设计引物,扩增BMPR-IB基因外显子7序列,预期产物长度为304 bp。引物由上海生工生物工程公司合成,序列如下:F 5′-TCTTGGGCTTCATTGCTGCCGAT-3′,R 5′-TAAACTTAACAGCCAAGCCCAGGTC-3′。

PCR 扩增体系为25 μL,包括PCRTaq预混酶0.5 μL,ddH2O 19.0 μL,10 pmol/L 引物1.0 μL(上、下游各0.5 μL),dNTP 1.0 μL,10×PCR Loading Buffer 2.5 μL,100 ng/μL的DNA模板1.0 μL。PCR扩增条件为:94 ℃预变性3 min;94 ℃变性30 s,56.0 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s,72 ℃延伸10 min,30 个循环;4 ℃保存。取PCR产物用1%琼脂糖凝胶电泳检测。

1.2.3SSCP分析取3 μL PCR产物和7 μL上样缓冲液(购于SIGMA公司)振荡混匀,98 ℃变性10 min,冰浴10 min, 然后于110 V电压下在14%非变性聚丙烯酰胺Acr∶bis(39∶1)凝胶中电泳80 min,电泳结束后凝胶银染。

1.2.4产物回收与测序根据SSCP分析结果,挑选出不同带型的PCR产物各4个,用2%的琼脂糖凝胶进行检测,利用PCR产物回收试剂盒回收,并将回收后的产物送至上海生工生物工程公司进行测序。

1.3统计与分析

BLAST网站(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)结合BioEdit、Chromas2和MEGA 5.05软件进行序列翻译及比对分析;Popgene Version 1.32 生物软件计算多态信息含量(PIC)、等位基因频率、基因型频率、遗传杂合度(He)、有效等位基因数(Ne);利用SAS 9.0软件对绵羊BMPR-IB基因第7外显子的多态性与产羔数进行相关性分析。

2结果与分析

2.1绵羊BMPR-IB基因第7外显子的PCR扩增

图1结果表明,扩增产物片段与目标片段长度一致(304 bp),且特异性良好,可直接用于SSCP分析。

图 1 绵羊BMPR-IB基因第7外显子的PCR扩增结果(304 bp)

2.2绵羊BMPR-IB基因第7外显子的SSCP分析

对扩增产物进行SSCP分析,结果(图2)出现2种带型(基因型),分别定义为野生型AA型和突变型AB型。

图 2 绵羊BMPR-IB基因第7外显子扩增片段的SSCP分析

2.3绵羊BMPR-IB基因第7外显子的测序分析

根据PCR-SSCP结果,挑选不同带型的PCR产物各4份,经回收纯化后进行测序。结果发现,与野生型(AA型)相比,突变型(AB型)个体中BMPR-IB基因第864位点出现T和C的杂合,密码子由UCA变为UCG(两者均编码丝氨酸)(图3)。

图 3 绵羊BMPR-IB基因第7外显子AA型和AB型测序结果比较

2.4绵羊BMPR-IB基因外显子7的群体遗传学分析

供试的294个样本的PCR-SSCP检测结果(表1)表明,无角陶赛特羊(单胎母羊和双胎母羊)、蒙古羊(单胎母羊和双胎母羊)和小尾寒羊(多胎母羊)的优势基因型均为AA型,优势等位基因均为A基因。群体遗传多样性计算结果(表2)表明,无角陶赛特单胎母羊和蒙古羊(单胎母羊和双胎母羊)属于中度多态(0.250.05)。

表 1 绵羊BMPR-IB基因第7外显子的基因型和基因型频率

注: AA型为野生型,AB型为突变型;突变型等位基因为B,野生型等位基因为A。

Note:AA is wild-type ofBMPR-IBgene exon7,AB is mutation-type ofBMPR-IBgene exon7;Mutant allele forBMPR-IBgene (B),wild type allele forBMPR-IBgene (A).

表 2 绵羊BMPR-IB基因第7外显子的遗传多样性指数

2.5不同产羔类型绵羊基因型分布的显著性检验

采用SAS 9.0 软件对BMPR-IB基因第7外显子AB基因型在不同产羔类型绵羊中的分布差异进行显著性检验,结果(表3)表明:AB基因型分布在无角陶赛特羊单胎母羊与无角陶赛特羊双胎母羊之间、无角陶赛特羊双胎母羊与蒙古羊单胎母羊之间以及蒙古羊单胎母羊与小尾寒羊多胎母羊之间差异显著(P<0.05),在无角陶赛特羊单胎母羊与蒙古羊双胎母羊之间、无角陶赛特羊单胎母羊与小尾寒羊多胎母羊之间以及蒙古羊单胎母羊与蒙古羊双胎母羊之间差异极显著(P<0.01);在无角陶赛特羊单胎母羊与蒙古羊单胎母羊之间、无角陶赛特羊双胎母羊与蒙古羊双胎母羊之间、无角陶赛特羊双胎母羊与小尾寒羊多胎母羊之间以及蒙古羊双胎母羊与小尾寒羊多胎母羊之间差异不显著(P>0.05)。

表 3 AB基因型在不同产羔类型绵羊中分布差异的T检验结果

注:aa代表差异不显著(P>0.05),ab代表差异显著(0.01

Note:aa indicates no significant difference (P>0.05),ab indicates significant difference (0.01

2.6绵羊BMPR-IB第7外显子多态性与产羔数的相关性

2.6.1方差分析就绵羊品种、基因型及品种与基因型互作对绵羊产羔数的影响进行方差分析,结果表明,不同品种个体之间F=238.82,P<0.000 1,差异极显著(P<0.01);不同基因型个体之间F=9.07,P=0.000 6<0.01,差异极显著(P<0.01);不同品种与基因型互作的F=2.19,P=0.113 4>0.05,差异不显著(P>0.05)。说明绵羊品种和基因型均对产羔数有显著影响,而二者的互作效应对产羔数影响不显著。

2.6.2最小二乘分析(1)不同品种间最小二乘分析结果。无角陶赛特羊、蒙古羊和小尾寒羊的产羔数之间最小二乘均数(标准误)分别为1.549 7(0.044 9),1.580 1(0.046 4)和3.000 0(0.057 2)。多重比较结果显示,无角陶赛特羊与蒙古羊之间产羔数差异不显著(P=0.638 5>0.05),无角陶赛特羊与小尾寒羊之间、蒙古羊与小尾寒羊之间产羔数差异极显著(P<0.01)。另外,小尾寒羊产羔数最多,蒙古羊次之,无角陶赛特羊最低。

(2)不同基因型间最小二乘分析结果。AA型和AB型个体产羔数的最小二乘均数(标准误)分别为1.956 7(0.031 6)和2.129 9(0.048 1)。多重比较结果显示,不同基因型个体间P=0.002 8,差异极显著(P<0.01)。

(3)不同品种与基因型互作效应的最小二乘分析结果和多重比较结果(表4)。

表 4 品种与基因型互作效应在不同产羔类型绵羊中分布差异的T检验结果

注:D×AA.无角陶赛特羊×AA型;D×AB.无角陶赛特羊×AB;M×AA.蒙古羊×AA型;M×AB.蒙古羊×AB型;S×AA.小尾寒羊×AA型;S×AB.小尾寒羊×AB。

Note:D×AA indicates Dorset ewes and AA genotype;D×AB indicates Dorset ewes and AB genotype;M×AA indicates Mongolia ewes and AA genotype;M×AB indicates Mongolia ewes and AB genotype;S×AA indicates Small Tail Han ewes and AA genotypes;S×AB indicates Small Tail Han ewes and AB genotype.

3个绵羊品种(无角陶赛特羊、蒙古羊和小尾寒羊)和2种基因型(AA型和AB型)共有6种互作效应,互作效应的最小二乘均数分别为:无角陶赛特羊×AA型(D×AA,下同)为1.443 2,无角陶赛特羊×AB(D×AB)为1.656 3,蒙古羊×AA型(M×AA)为1.426 8,蒙古羊×AB型(M×AB)为 1.733 3,小尾寒羊×AA型(S×AA)为3.000 0,小尾寒羊×AB(S×AB)为3.000 0。不同品种与基因型互作效应的多重比较结果(表4)表明,D×AA与D×AB、D×AB与M×AA、M×AB与S×AA间差异显著(P<0.05);D×AA与M×AA、D×AB与M×AB间差异不显著(P>0.05);D×AA与M×AB、M×AA与M×AB、D×AA与S×AA、D×AB与S×AA、M×AA与S×AA、D×AA与S×AB、D×AB与S×AB、M×AA与S×AB、M×AB与S×AB、S×AA与S×AB间差异极显著(P<0.01)。

3讨论

3.1BMPR-IB基因群体的遗传学分析

近年来,国内外学者对于绵羊BMPR-IB基因在编码区第746位点 (A→G)突变与绵羊多胎性状的相关性进行了大量的研究,并且确定FECB基因为Booroola Merino羊、剑桥羊、小尾寒羊等的多胎主效基因[6];也有学者以绵羊FECB基因为双羔候选基因,从单核苷酸多态性、mRNA的表达差异方面对蒙古羊和滩羊产羔性状进行了研究[12-13];而对于绵羊其他突变位点多态性与繁殖性状相关性的研究报道比较少。本试验利用PCR-SSCP技术结合DNA直接测序的方法,分析单羔蒙古羊、双羔蒙古羊、单羔无角陶赛特羊、双羔无角陶赛特羊和多羔小尾寒羊BMPR-IB基因第7外显子多态性与绵羊产羔性状的关联性,结果发现供试的294个样本只检测到AA型和AB型2种基因型,即AB基因型在BMPR-IB基因第864位点出现了T和C的杂合,没有发现突变纯合体(BB型个体)。造成这种情况的原因可能是:①羊只中存在BB基因型,但是RCR-SSCP和DNA测序不适用于无角陶赛特羊、蒙古羊和小尾寒羊BMPR-IB基因第7外显子的检测,或者是B等位基因频率过低,所检测羊只数量少,没有能够检测到BB型个体;②羊只中不存在BB基因型,可能是B等位基因为隐形致死基因,BB型个体不能存活。这与Davis[14]的研究结果相似。

通过χ2适合性检验表明,无角陶赛特羊、蒙古羊和小尾寒羊均处于Hardy-weinberg平衡状态(P>0.05),说明试验羊只已经形成了适应各自生存环境的遗传特性,该突变位点在所在群体内能够稳定遗传。所有羊只PIC值均低于0.5,说明BMPR-IB基因第7外显子多态性不高,遗传变异不大,其中在无角陶赛特羊单胎母羊、蒙古羊单胎母羊和蒙古羊双胎母羊中,PIC值大于0.25,而无角陶赛特羊双胎母羊和小尾寒羊多胎母羊的PIC值小于0.25,说明此位点作为性状与标记间连锁分析的候选标记位点,对提高绵羊繁殖力的标记辅助选择和育种工作有一定的可能性。

3.2不同基因型与母羊产羔数的相关性

本试验在绵羊BMPR-IB基因第864位点发现了T和C的杂合,虽然该位点突变没有造成氨基酸序列的变化,但该位点突变后,AB型个体在无角陶赛特羊单胎母羊与无角陶赛特羊双胎母羊、无角陶赛特羊双胎母羊与蒙古羊单胎母羊、蒙古羊单胎母羊与小尾寒羊多胎母羊之间差异显著(P<0.05),在无角陶赛特羊单胎母羊与蒙古羊双胎母羊、小尾寒羊多胎母羊,蒙古羊单胎母羊与蒙古羊双胎母羊之间差异极显著(P<0.01)。本试验中BMPR-IB基因第864位点的突变没有造成氨基酸序列的变化,但不同基因型在不同繁殖力母羊群体中的分布有一定的差异。造成这种现象的原因可能是:①BMPR-IB基因864位点的突变虽然为同义突变,但是密码子由UCA变成了UCG,UCG为稀有密码子,由于稀有密码子的使用会影响翻译速度,进而影响蛋白质的折叠,从而影响其功能的发挥;②BMPR-IB基因864位点的突变导致mRNA表达量减少,或者是在mRNA修饰时特定等位基因差异影响氨基酸的拼接、处理或者翻译调控;③BMPR-IB基因864位点的突变可能使供体本来的剪切位点失活,从而导致过早终止密码子或外显子遗漏,形成多个剪切变异体,从而在特定条件下影响颗粒细胞的分化或者卵泡的发育;④BMPR-IB基因864位点的同义突变可能与常规不同义突变位点连锁不平衡,这与Kimchi-Sarfaty等[15]的研究结果相似。因此,BMPR-IB基因第864位点的突变是否可以作为控制绵羊繁殖力的潜在遗传标记位点,需要进一步加大样本量及绵羊品种数量进行深入研究。

4结论

1)对试验绵羊共294个样本的BMPR-IB基因第7外显子进行多态性检测,在BMPR-IB基因第864位点发现有T和C的杂合出现,但没有发现突变纯合体(BB型个体)。

2)BMPR-IB基因编码区第864位点的突变在不同产羔性状绵羊中的分布存在显著差异,其是否可以作为控制绵羊繁殖力的潜在遗传标记位点,需进一步探索。

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Correlation between polymorphism ofBMPR-IBgene exon7 and lambing performance of sheep

JIA Jian-lei,ZHANG Li-ping,DING Qiang,YANG Zhi-wen

(FacultyofAnimalSci-Tech,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

Abstract:【Objective】 This study aimed to explore the correlation between polymorphism of BMPR-IB gene exon7 and lambing performance in sheep and find locus to control reproduction of sheep.【Method】 The breeding ewes including Mongolia ewes,Small Tail Han ewes and Poll Dorest ewes with different lambing performances (e.g.multiples,twins and singletons) were selected for studying polymorphism of BMPR-IB gene exon7 detected by PCR-SSCP and DNA sequencing.【Result】 AA and AB genotypes were found in tested ewes.AB genotype had C→T mutation in coding region of 864 with heterozygous T/C.Genotype AA was dominant genotype and allele A was dominant allele in all samples.All sheep were in Hardy-weinberg equilibrium based on χ2 test.There were significant differences in distribution of different genotypes of BMPR-IB gene exon7 in different sheep types.Least squares analysis showed that there was correlation between polymorphism of BMPR-IB gene exon7 and lambing performance.【Conclusion】 There was correlation between polymorphism of BMPR-IB gene exon7 and lambing performance of sheep.The mutation in locus 846 of BMPR-IB gene exon7 could be considered as a potential locus to control reproduction of sheep.

Key words:sheep;BMPR-IB gene exon7;PCR-SSCP;DNA sequencing;polymorphism;lambing performance

[文章编号]1671-9387(2016)01-0007-07

[中图分类号]S826.2

[文献标志码]A

[作者简介]贾建磊(1987-),男,山东莱州人,在读博士,主要从事羊遗传育种与繁殖研究。E-mail:jianlei_1@sina.com[通信作者]张利平(1962-),女,甘肃陇南人,教授,博士,主要从事羊遗传育种与繁殖研究。E-mail:zhangliping@gsau.edu.cn

[基金项目]甘肃省农牧厅生物技术专项(GNSW-2012~24);国家自然科学基金(地方基金)项目(31260547)

[收稿日期]2014-04-25

DOI:网络出版时间:2015-12-0214:2510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.01.002

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20151202.1425.004.html

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