犬遗传病基因筛查的研究与应用

余传刚 李 涛 魏荣兴 李 强

近代以来，犬在军事战争、刑事侦查、消防安全、抢险救灾和维稳导盲等领域发挥着不可替代的作用。为维持品相、性能和血统等特征，在犬培育过程中常采用近交纯繁的方式，促使犬遗传病频发，且发病后致死率和致残率极高。目前，遗传病已成为危害犬身心健康和工作质量的重要因素，给养犬机构的繁育工作和工作犬培训工作带来严重阻力。遗传病基因筛查技术可对犬遗传病决定基因和关键位点进行检测诊断，在发病前检测出患病风险，做到早发现、早预警、早处置，用相对较小的成本，解决关键问题，从源头上减少病犬产生，提高犬群质量。

一、犬遗传病基因筛查技术简介

犬遗传病基因筛查技术是通过分析犬样本细胞中的DNA 系列，检测其是否存在相关的致病基因和突变位点。目前研究领域采用的遗传病基因筛查技术主要有荧光定量PCR、基因芯片和高通量测序，实践中需根据样本遗传信息、检测成本和预期目标等合理选择，充分发挥犬遗传病基因筛查的作用和价值。

荧光定量PCR 技术是在常规PCR 反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号的变化实时监测整个PCR 进程，最后通过Ct 值和标准曲线对起始模板进行定量分析。该技术具有特异性强、灵敏度高、操作简单和成本低廉等特点，适合对已知致病基因或位点的单基因遗传病进行检测，如犬的垂体性侏儒症、扩张型心肌病和肛门疖病等，但荧光定量PCR 可包含的基因数目受限，检测病种相对较少。

基因芯片是利用碱基互补配对原则，在基片表面固定大量已知序列的核酸探针，通过与标记样品分子杂交，然后检测探针分子信号强度来获取样品分子数量和遗传信息，从而确定待测样本中是否存在目标基因。基因芯片一次可固定数万个探针，一次性完成多个样本多种遗传病筛查，具有高通量、高效率和高自动化的特点，在犬遗传病筛查上具有独特的运用前景和商业价值。

高通量测序技术又被称为二代测序技术，其主要包含了Panel 测序、全外显子组测序和全基因组测序。目前在遗传疾病筛查实践中运用最广的是Panel 测序，Panel 测序可由检测机构根据需要自由组合基因种类、数量，并且一次检测的基因和位点数量可从数种到数百种之多，具有针对性强、耗时较短和检测成本较低等优势，但其也无法检测未知致病基因和位点，同时相比致病基因的发现速度，存在一定滞后性。全外显子组测序是利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA 捕捉并富集后进行高通量测序的方法，其优势在于检测范围广和可检测出未知致病基因，但不能获得完整的基因组信息，检测成本较高，还容易出现假阴性和假阳性，目前该技术用于犬遗传疾病筛查存在一定局限性。全基因组测序是检测遗传病的终极手段,可获得个体全部遗传性息，其中不仅包含已发现的致病基因和位点，还有未知基因和位点的变异信息，但其也存在着成本高、耗时长且数据存储分析难等问题，目前将它大规模用于犬遗传病基因筛查存在很大挑战。

二、犬遗传病基因筛查研究应用

目前大部分品种的犬都有遗传病高发倾向，尤其是在纯种犬中。犬遗传病涵盖了呼吸系统、消化系统、循环系统、神经系统、生殖系统、免疫系统、皮肤骨骼、肿瘤癌症、心脑血管、眼部疾病等方方面面。如德国牧羊犬的髋关节发育不良、癫痫、胃胀气、胰腺功能不全和皮肤病；吉娃娃犬的肛门囊炎、心脏病、干性角膜结膜炎、肺动脉狭窄和软骨发育不全；贵宾犬的白内障、青光眼、进行性视网膜萎缩、甲减和隐睾；罗威纳犬的幼年白内障、肘关节发育不良、瓣膜下狭窄、髋关节发育不良和肥厚性心肌病等。

近年来，经过世界各地犬类研究人员的不懈努力，大量犬遗传疾病的决定基因和关键变异位点被成功定位解析。如2019 年白静等人针对已报道的与犬髋关节发育不良显著相关的15 个SNP 位点进行检测分析，确定COL6A3（CFA25:51040259）、FN1（CFA37:25095511）和COL1A2（rs22356416）三个基因位点可作为筛选髋关节发育不良（CHD）病犬的基因标记；特发性癫痫（IE）是犬常见神经系统疾病，早在2012 年Seppa¨ la¨ EH 等人已证实ADAM23 是一种导致比利时牧羊犬患IE 的风险基因，2017 年Koskinen LLE 等人通过对8 个犬种的全基因组关联分析，进一步支持ADAM23 在多个犬种中作为特发性癫痫常见风险基因的作用，2020 年Belanger J M 等人为进一步探索影响比利时牧羊犬IE 的其他基因座，通过GWAS 分析确定了CFA14 和CFA37上两个相互作用的基因座，强化了之前关于CFA37 基因座(ADAM23)参与的发现，并表明CFA14 上的另一个相互作用基因座与犬的IE 相关;患扩张型心肌病（DCM）的犬通常会有呼吸急促、运动不耐受、嗜睡、厌食、咳嗽和干呕等症状，是犬类心脏病中常见病症，2012 年Meurs K M 等人证实杜伯文犬家族性扩张型心肌病与PDK4 基因中剪接位点缺失有关，2017 年Taggart K 等人证明了PDK4 在营养利用率较低时引起细胞凋亡，促使心脏重塑，最终导致扩张型心肌病。

大量犬遗传病决定基因和关键变异位点的解析定位使犬进行遗传病普遍筛查不再是难题，通过将这些已发现的基因、位点进行整合，合理设计引物，可快速高效检测出个体有无相关的遗传病。目前国内外均有相关的检测产品问世，如深圳深知生物科技有限公司研发了一款犬类多重遗传病筛查试剂盒，可同时检测髋关节发育不良、肘关节发育不良、白血病和渐进性视网膜萎缩等71个疾病位点信息；美国伟思宠物基因检测（Wisdom Panel）开发了一款基因检测芯片，其不仅可对犬祖源信息、性状特征进行检测，还能针对犬的29 种遗传病进行筛查。

三、讨论与展望

随着基因检测技术不断创新以及遗传病基因筛查相关研究不断开展，犬遗传病的决定基因和关键位点被不断识别定位，大批量进行犬遗传病的早期检测成为可能。遗传病基因筛查技术的运用推广能极大降低因遗传病给养犬机构繁育和工作犬培训工作造成的人力、财力、物力和时间上的损失，减少后期资源浪费，以相对较少的成本，解决关键问题。相信在遗传病基因筛查技术辅助下，犬遗传病高发现象能得到有效遏制。