据美英等西方发达国家政府和世界粮农组织(FA0)的预测。2l世纪全球农业动物90％的品种都将通过分子育种提供，而品种对整个动物生产的贡献率也将达到50％以上，显然品种是农业动物发展的关键，所以必须通过选择，培育出优良的品种，以突破育种“平台阶段”是农业动物遗传改良重要的一环。对于相互间具有负遗传相关的两类性状如瘦肉率和肉质性状，用传统选择方法进行改良进展十分有限，而且往往会出现顾此失彼的现象，多基因聚合(multiple gene pyramding)的分子育种技术将有望解决这方面的问题。应用分子育种技术来改良动物品种是2l世纪品种改良的趋势，目前国外大型的育种公司已经在使用分子标记辅助选择技术开展猪的遗传改良，而且加大了研究的投人和力度以开发具有自主知识产权的基因并应用于育种实践，这已成为目前各国猪育种工作者的研究重点。以分子标记为主要技术手段的动物分子育种的时代已经来临，多基因聚合育种也将会成为未来家畜育种的重要发展方向。

1基因聚合的概念提出和发展背景

1．1基因聚合的概念

基因聚合这一设想最早由Yadav等(1990)在研究芥菜抗病和抗逆性状改良时提出。基因聚合的简单定义就是将分散在不同的个体、品种或品系中的理想基因聚合到同一个基因组中。多基因聚合育种就是通过遗传学上的杂交(不同基因型间的杂交)或育种学上的杂交、回交等技术将有利基因聚合到同一个基因组中。也就是通过不同基因型个体间的杂交，再在分离世代中通过分子标记选择多个目标基因座上均为优良纯合基因型的个体，从而选出性状表现优良的个体，实现优良基因聚合的一种育种方法。

1．2基因聚合分子育种的发展背景

  动物分子育种是在基因组学取得大量数据的基础上，以分子数量遗传学为理论基础，以分子水平的DNA操作技术和数量遗传学的统计分析方法为主要手段，以DNA分子标记和QTL的定位、克隆、分析为主要内容的一种现代育种技术。动物功能性基因组学研究是21世纪动物遗传育种改良的重要内容，优质、高效将同时被考虑为育种目标。利用分子育种技术可以进行有效、快速的选择，从而改良畜禽品种，提高畜禽品种的生产效率。

  1990年10月，美国正式启动“人类基因组计划”(HGP)，随后各国也开始了各自的人类基因组研究，目前已经完成人类全部染色体的核苷酸序列测定。在人类基因组计划的带动下，美、日、欧等国都开始了动物基因组计划。1991年美国国家动物基因组研究计划(NAGAP)启动，主要针对猪、牛、羊、马、鸡等。欧盟和日本则分别于1990和1992年启动各自的动物基因组计划。2000年我国科技部在国家重大科学基础研究计划中资助了部分家养动物基因组的研究内容。动物基因组计划的不断深入使得一批家养动物的基因组序列测定完成。2003年9月26日美国《science》杂志上发表了狗的全基因基因组框架图。2006年英国《Nature》杂志上公布了一只12岁拳师狗的全基因图谱。2004年12月9日，中美科学家经过共同努力，在正式出版的((Nature》杂志上发表了鸡的全基因组序列框架图和SNP遗传变异图。

  猪基因组计划主要有欧盟猪基因组计划(PiGMaP)。近年在美国一些大学以及联邦实验室的科学家们共同成立猪基因组技术委员会，最终促进了猪基因图谱和功能基因组学的快速发展。2006年美国启动了猪基因组计划，至2007年12月20日，已经完成8条染色体的初步测序工作，包括1、4、7、11、13、14、17和x染色体。预计到2008年底可以基本完成猪基因组测序工作。在基因组计划进行的同时，功能基因组学和分子生物学的发展使与猪经济性状相关的部分QTL和候选基因也得到确定，生长和胴体性状方面有生长激素(GH)基因、胰岛素样生长因子fIGF21、黑素皮质素受体4基因(Mc4R)、垂体转录因子（PIT），猪激素敏感脂肪酶(HsL)基因、猪肥胖基因(0b)，肉质性状方面有氟烷基因(HaJ)、酸肉基因(RN)、心脏脂肪酸结合蛋白基因(H-FABP)，繁殖性状方面有雌激素受体基因(EsR)、卵泡刺激素β

这些方面的发展也让人们越来越多的利用这些标记信息进行育种，且不满足于单个基因位点的分子标记辅助育种，因而多基因的聚合也就成为了必然的选择。

2基因聚合的途径

2．1传统杂交方法

传统的常规杂交方法可以说是一种表面、粗糙的基因聚合方法。通过表型和系谱信息来育成性状较为全面优良的品系是难达到的，或者在时间和资金上的耗费是巨大的，工作量也特别大，却又往往由于基因之间的上位或遮蔽效应使我们在聚合同一性状(比如抗病性)基因时得不偿失。

2．2分子标记辅助选择的基因聚合

  基因聚合的普遍、有效的方法是应用分子标记辅助选择。DNA分子水平上遗传多样性的分子标记技术具有数量多、多态性丰富、不受表型影响、共显性等特点，它为实现对动物优良基因型的选择提供了技术支撑。在分子水平上利用与目标性状基因紧密连锁的分子标记所进行的选择，其结果可靠，不受环境影响及等位基因显隐性关系，可在育种早期进行选择，

加快遗传进展，从而大大缩短育种周期。通过在杂交和回交后代中利用分子标记进行检测把目标基因聚合到一头动物或一个群体、品系中。在优良多基因聚合时因为至少有两个以上的基因聚合，所以必须应用两个以上的分子标记，对分子标记的选择也就变得重要。在成本、连锁紧密度、操作性上都应有所兼顾，现在应用得较多的是标记方法是PCR-RFLP和SSR。基因聚合时的杂交过程当中标记辅助选择结合性状表现也是必要的，这样可获得较快的遗传进展。另外还可以用到标记辅助导入。不过分子标记辅助选择的准确性很大程度上依赖与连锁标记的紧密程度，选择标记与目的基因连锁越紧密，辅助选择结果越准确可靠。也就是说目标基因与分子标记的连锁距离会严重影响分子标记辅助选择进行基因聚合的效率，因而也要有一定群体，即使聚合2个基因也至少需要215～310a(从杂交到获得稳定的聚合株系)。

2．3转基因技术

转基因动物技术即将外源DNA转到人性细胞或胚胎细胞并生产带有外源DNA片段动物的一种技术。它可以把单个有功能的基因或基因簇导入到动物的基因组中去，并可使其后代能够得到表达的一种操作技术。转基因技术是对基因进行定向改造重组转移的高新技术，可打破物种界限，扩大基因的利用范围，实现性状的定向改造。利用转基因技术进行动植物品种改良已取得一定进展。但是，目前转基因技术还仅限于利用主基因改良单一目标性状，对于由多基因控制的大多数重要数量性状，如何利用转基因技术进行多基因聚合改良还需进一步的研究。目前，我国各主要农作物都在开展相关的转基因研究。需强调的是转基因技术转入的基因往往在转基因动物的后代中慢慢消失或沉默；水稻转基因由于受受体基因型等因素的限制，高产品种常常转化率比较低，同时也可能出现共抑制现象(如由于两个目标基因所使用的启动子相同)。

3基因聚合在动物中的应用

3．1基因聚合在植物育种中的应用研究

自提出基因聚合育种至今，国内外已在植物育种中进行了大量的研究，并且已经在水稻、棉花、小麦、大麦等农作物育种上取得了初步成功。特别在水稻中已经有相当成功的基因聚合报道，如白叶枯病抗I生基因Xa21、Xa4和Xa23的聚合研究；小麦抗白粉病基因Pm4b，Pml3和Pm21的聚合研究。植物育种中基因聚合研究多集中在抗病性基因方面。

3．2基因聚合在动物(猪)育种中的应用研究

  虽然基因聚合在植物中已经得到应用，然而在动物育种中目前还没有见到基因聚合成功的报道，仅见简单的标记辅助育种。PIC(猪种改良公司)是最早应用标记辅助育种技术的公司。2001年初，PIC在猪育种中已经利用10个DNA标记进行分子育种，其中生长性状和疾病抗性各1个、肉质和产仔数各4个。近期所用的标记增加到28个；目前正在开发的DNA标记有44个。其中包括生长性状标记12个、疾病抗性标记5个、肉质性状标记18个、产仔数标记9个。2003年PIC公司就在西班牙培育成功了能够抵御大肠杆菌F18所引发的仔猪腹泻的新品系，成为在猪中利用分子标记进行抗病育种的范例。Cotswold公司从1986年开始组建母系集团式核心群，通过基因检测技术将氟烷基因从群体中剔除，在减少的瘦肉量保持0．5％以内的同时，培育成了无应激品系且纯系的肉色改进了40％。Cotswold公司还应用基因标记辅助导人把大白猪的显性白毛基因导入到白色杜洛克品种中。它是让大白猪和白色杜洛克杂交，后代与白色杜洛克回交，通过每代选择含显性白色基因标记的后代回交，获得了稳定的白色杜洛克品系。另外，比利时成功地利用分子标记辅助导入将抗应激的氟烷阴性基因导人到皮特兰猪中；PIC公司在商业化瘦肉型猪繁育体系中利用标记辅助导入技术导入了中国梅山猪的高繁殖性能基因—雌激素受体基因。

目前国内包括中国农业大学、华中农业大学和湖南农业大学等一部分科研组也率先和猪场联合开展猪分子标记辅助育种。所用的基因标记主要有氟烷基因、酸肉基因、钙蛋白酶抑制蛋白基因、心脏脂肪酸结合蛋白基因、胰岛素样生长因子2基因、垂体生长因子基因、黑素皮质素受体4基因、以及提高产子数的雌激素受体基因和卵泡刺激素B亚基基因。中国农业大学李宁研究组采用基因组分析技术，研究了与猪繁殖性能密切相关的新型标记，对2万头以上的种猪进行了基因型检测，并取得了重要的科研成果和较大的经济效益。与国内多家猪育种公司进行了合作，利用促卵泡激素（FSH)B基因选种以提高种群的产仔数性状，取得了明显的改良效果，产仔数提高了0．5～1．5头。与世界上最大的猪育种公司PIC及国内多家公司合作，利用FSH-B基因与雌激素受体(Estrogen Receptor，ESR)基因的合并基因型选择方法进行了多个猪品系产仔数性状的选择，取得了很好的改良效果。在确定ESR和FSH两个基因的合并基因型对猪产仔数提高效应的基础上，李宁研制组设计了合并基因型DNA诊断试剂盒。该项基因诊断技术获得美国专利1项，专利名称：DNA Markers for Pig Litter size，专利号：US6，291，17481，这也是美国专利局授予我国的第一个关于畜禽DNA标记的专利Ⅲ。国内外都非常重视对基因知识产权的保护，目前在猪的背膘厚、肉质、生长性状方面的基因专利已有24项，其中国内专利12项，国外专利12项。这些专利的开放和应用将给猪的分子育种及最终进行多个基因聚合育种提供了很好工具和材料。

4基因聚合育种的问题和展望

  基因聚合既是动物分子育种的目的，同时也是分子育种的技术手段。现有的畜禽品种都有自己的优点和缺陷，而要将各品种的优点集合起来，培育出一个超级品系是人们梦寐以求的长远的育种目标。要实现这个目标需认识到以下几个方面的问题，首先，候选基因标记和QTL信息应该有较高的准确性、可靠性和稳定性。这是实现多基因聚合的前提；第二，功能和调控网络比较清楚的基因数目有限；第三，大规模、高通量分析基因型与表型关联性技术还没有突破；第四，多基因聚合的实行必须有一个合理可行的方案，如何找到最优方案是实现优势基因型聚合的关键问题。赵福平、张勤为影响选择最优化的基因聚合方案有公母比例、母畜的产子数以及目标基因之间的遗传距离。第五，基因互作的研究太少，基因聚合的方式和机理还不清楚。哪些基因可以聚合，哪些基因聚合可能会有坏的效应，也就是说杂交所带来新的重组效应影响。最后就是动物基因聚合还没有研究报道，用什么样的杂交方式，群体的大小和基因、性状相关等都有待理论研究和需要育种实践材料。

  当然基因聚合在植物育种中的成功，给我们也提供很多有益经验，借鉴人们在植物育种中的基因聚合的研究经验，比较分析动植物生理特点和遗传机理的异同，我们也可尝试着在猪等动物中进行优良基因聚合的研究。随着计算机技术和信息技术的发展，分子生物技术的日益进步，利用分子标记信息结合表型性状的选择，在动物中实现各种优良基因的聚合也大有可能的。

黄冬维，张元跃，蒋隽，袁峥嵘(湖南农业大学动物科技学院，湖南长沙410128)

猪与禽2008年第3期