家畜基因组选择研究进展

近年来,随着基因芯片技术的发展与育种技术的进步,动植物的基因组选择成为研究热点。在家畜育种中,基因组选择凭借其准确性高、世代间隔短和育种成本低等优势被应用于各种经济动物的种畜选择中。本文详细介绍了基因分型技术和基因组育种值估计方法(最小二乘法、RR-BLUP法、GBLUP法、ssGBLUP法、贝叶斯A法、贝叶斯B法等),并对这些育种方法选用的标记范围、准确性以及计算速度进行了比较,总结了我国和其他国家基因组选择在种畜选择中的应用情况及存在的问题,展望了目前国内外在基因组选择上的最新研究动态及进展,以期为其他育种工作者进一步了解基因组选择提供参考。     

家畜转基因育种研究进展

转基因技术可以将外源基因导入家畜基因组,使其获得新的可遗传性状,为培育优良家畜品种提供了革命性途径。DNA显微注射法和体细胞克隆法是制备转基因家畜最常用的方法。应用转基因技术可以进行家畜抗病育种(抗病毒、抗菌和抗寄生虫),改良家畜的生产性状(胴体组成、奶品质、产毛、繁殖力和生长速度),培育环保型家畜新品种。文章从动物转基因技术入手,阐明其在家畜品种改良方面的研究现状和策略,并探讨家畜转基因育种面临的问题和应用前景。     

家畜全基因组选择中的单步贝叶斯方法

随着标记信息可以被越来越多的应用在家畜育种中,许多基因组选择(GS)方法使得育种工作者可以利用家畜早期的基因型数据提前对其进行选择。结合系谱、表型和基因型数据,我们可以缩短家畜的世代间隔,提高家畜遗传价值估计的准确性,进而加速其遗传改良速度。近年来,和广泛使用的多步基因组选择策略相比,业界更推崇基于在系谱关系矩阵中增加基因组信息的单步遗传评估方法。即使通常的基因组选择方法依然是多步方法,如GBLUP法,但是基于单步基因组模型进行的基因组评估能提供更为准确的结果。本研究的目的是引入单步贝叶斯方法,此方法可以用贝叶斯回归模型直接计算单核苷酸多态性(SNP)的效应,同时我们使用模拟方法评估模型的性能。研究结果显示:QTL数目对单步贝叶斯方法的准确性无影响,但其准确性受遗传力的影响。同时,其准确性随着测序个体数的增加而增加。我们也讨论了与使用单步贝叶斯方法相关的问题,并详细描述了一些与之有关的统计理论和算法问题。     

基因组选择在绵羊育种中的应用

基因组选择是一种利用高密度芯片全部位点与目的基因存在的连锁不平衡估计基因组育种值的方法,目前已相继在英国、法国、澳大利亚和新西兰等国家的畜禽育种中得到应用并有效提升了育种效率。在我国,基因组选择已在奶牛、生猪和肉鸡的育种中开始应用并取得了一定的成效。我国是世界养羊大国,但在羊的养殖管理、育种水平以及生产效率等方面依旧与发达国家存在较大差距。目前,已有育种工作者尝试对绵羊开展基因组选择育种研究,但至今尚未有比较系统的应用案例。基于绵羊育种基础薄弱的现状,开展基因组选择对我国肉羊产业发展具有重要作用。本文综述了畜禽基因组选择的研究进展及其在绵羊育种中的应用,并对该技术在今后绵羊生产中的指导作用进行了展望。     

基因组重排技术在酵母菌育种中的应用

基因组重排(genome shuffling)技术是在传统诱变育种的基础上与细胞原生质体融合技术相结合一种新兴微生物菌种改良手段,由于该技术高效的正向突变效率和频率,近年来被广泛应用于酵母菌种的选育和改良。本文主要对基因组重排技术在酵母菌育种中的应用进行了综述。     

猴樟叶绿体基因组特征分析

猴樟(Cinnamomum bodinieri)枝叶含有丰富的精油,是重要的园林绿化树种和经济树种,但目前有关猴樟基因组学的研究报道不多。为揭示猴樟叶绿体基因组特征及系统发育关系,该文基于高通量测序平台进行测序,从头组装了完整的猴樟叶绿体基因组,并对其基因组结构、基因构成及序列重复、密码子使用偏好性以及系统发育进行分析,结合樟亚科主要属物种叶绿体基因组数据构建系统发育树。结果表明:(1)猴樟叶绿体基因组全长152 727 bp,包括一对20 132 bp的反向重复(IRs)区、93 605 bp的大单拷贝(LSC)区和18 858 bp的小单拷贝(SSC)区,总GC含量为39.13%。(2)该基因组共编码127个基因,包括83个蛋白质编码基因(PCGs)、36个转运RNA基因(tRNAs)和8个核糖体RNA基因(rRNAs); 共鉴定出92个SSR位点,其中大部分是A/T组成的单核苷酸重复序列; 密码子适应指数(CAI)为0.166,有效密码子数(ENc)为54.68; 猴樟与近缘种的叶绿体基因组主要在IR区和2个SC区边界上存在一定的差异。(3)24种樟亚科植物的系统发育树显示,猴樟与樟树亲缘关系最近,同时支持了樟属-甜樟属分支(Cinnamomum-Ocotea Clade)、月桂属-新木姜子属分支(Laurus-Neolitsea Clade)、润楠属-鳄梨属分支(Machilus-Persea Clade)的建立。该研究丰富了猴樟遗传资源信息,进一步确定了樟亚科主要属的系统发育地位。     

苹果叶绿体基因组特征分析

苹果（Malus×domestica）是最重要的温带水果之一。为了能更好的了解本种的分子生物学基础．对已发布的苹果叶绿体全基因组序列进行了结构特征分析。结果显示苹果的叶绿体基因组全长为160068bp,具有典型的被子植物叶绿体基因组的环状四分体结构,包含大单拷贝区（LSC）,小单拷贝区（SSC）和两个反向互补重复区（IRs）,长度分别为88184bp,19180bp和26352bp。基因组共有135个基因（20个基因分布在反向互补重复区,因此整个基因组包含115个不同的基因）。按照功能进行分类,这115个基因包括81个蛋白质编码基因,4个rRNA编码基因和30个tRNA基因。其中,ycf15．ycf68和infA三个基因包含多个终止密码子,推测可能为假基因。苹果的基因组结构．基因顺序．GC含量和密码子使用偏好均与典型的被子植物叶绿体基因组类似。在苹果的叶绿体基因组中,共检测到30个大于30bp的重复序列,其中包括21串联重复,6个正向重复和3个反向重复序列;并检测到237个简单重复序列（SSR）位点,大部分的SSR位点都偏向于A或者T组成。此外,每10000bp非编码区平均分布有24个SSR位点,而编码区平均有5个SSR位点,表明SSRs在叶绿体基因组上的分布是不均匀的。本文对苹果叶绿体基因组序列特征的报道,将有助于促进该种的居群遗传学、系统发育和叶绿体基因工程的研究。     

基因组选择技术在农业动物育种中的应用

基因组选择(genomic selection, GS)是畜禽经济性状遗传改良的重要方法。随着高密度SNP芯片和二代测序价格的下降,GS技术越来越多被应用于奶牛、猪、鸡等农业动物育种中。然而,降低全基因组SNP分型成本、提高基因组育种值(genomic estimated breeding value,GEBV)估计准确性仍然是GS研究的主要难题。本文从全基因组SNP分型策略和GEBV估计模型两个方面进行了综述,并对目前GS技术在主要畜禽品种中的应用现状进行了介绍,以期为GS在农业动物育种中的深入开展提供借鉴和参考。     

应用于家畜育种试验中的组内常相关方差分析

在家畜育种中,不同杂交组合试验的比较,如果采用常规的方差分析方法,由于遗传相关的存在,来自同一家系内的样本,个体之间具有相关性,会产生第一类错误．为此,本文从理论上讨论具有组内常相关性样本的方差分析,导出了新的F检验统计量．并举例在家畜育种试验中的应用．     

基因组分析与小麦抗病育种

系统总结了南京农业大学细胞遗传研究所近 2 0多年来利用基因组分析方法培育从簇毛麦 (Haynaldiavil losaSch .)、大赖草 (LeymusracemosusLam .)、鹅观草 (RoegneriakamojiC .Koch)和纤毛鹅观草 (R .ciliaris (Trin .)Nevs ki)导入白粉病和赤霉病抗性的小麦种质的研究进展。利用染色体C_分带、基因组原位杂交、分子标记 (特别是RFLP)等技术与非整倍体分析相结合对所创制的种质进行了系统分析与鉴定。还对所培育的小麦种质在育种实践和理论研究中的潜在价值及相关问题进行了讨论     

水稻基因组育种芯片及其应用

水稻基因组育种芯片是将大规模基因组测序、水稻功能基因组研究的最新成果与国际最先进的SNP(single nucleotide polymorphism)芯片技术相结合,构建的服务于育种的基因组技术工具。实践表明,水稻基因组育种芯片在种质资源多样性分析、基因鉴定、基因定位、育种材料基因型选择、品种基因指纹检测等方面可发挥重要作用。水稻基因组育种芯片的应用将推动水稻育种的技术革命。     

基因组分析与小麦抗病育种

系统总结了南京农业大学细胞遗传研究所近20多年来利用基因组分析方法培育从簇毛麦(Haynaldia villosa Sch.)、大赖草(Leymus racemosus Lam.)、鹅观草(Roegneria kamoji C. Koch)和纤毛鹅观草(R. ciliaris (Trin.) Nevski)导入白粉病和赤霉病抗性的小麦种质的研究进展.利用染色体C-分带、基因组原位杂交、分子标记(特别是RFLP)等技术与非整倍体分析相结合对所创制的种质进行了系统分析与鉴定.还对所培育的小麦种质在育种实践和理论研究中的潜在价值及相关问题进行了讨论.     

鱼类基因组操作与定向育种

水产养殖已成为全球范围内发展最快的农业产业之一,可持续发展水产养殖的关键在于培育具有优良性状的养殖品种.基因组操作技术为快速、定向的鱼类遗传育种提供了一条重要的可行性途径.本文回顾了基于经典基因组操作技术的鱼类育种方法学历史,如多倍体育种及细胞核移植等.然后重点介绍并展望了基于转基因技术及新近发展的基因组编辑技术的鱼类定向育种方法.后两种技术的发展和应用将会为未来的鱼类种业带来更加高效和更具预见性的育种新方法.     

菊科植物叶绿体基因组特征分析

基于高通量测量技术的发展,目前在GeneBank数据库中已获得了27种菊科植物叶绿体基因组全序列。尽管叶绿体基因组全序列在捕获进化事件的功能方面是有一定分歧的,但由于其高度的保守性和较低的进化速率,使其在不同物种间的系统进化研究中具有更好的统一性,从而使叶绿体基因组全序列成为一个更适合研究分子系统发育与分子生态学的宝贵工具。本研究对27种菊科植物叶绿体全基因组序列进行了系统分析,内容包括全基因组序列的大小,基因组容量,LSC,SSC,IR-LSC/SSC边界,假基因和DNA条形码等。基于上述信息,植物叶绿体基因组为菊科植物的分类鉴定和定位提供了更加准确的证据。     

沙门氏菌泛耐药基因组特征分析

[目的]分析沙门氏菌的泛耐药基因组特征.[方法]以EnteroBase数据库中16365株沙门氏菌为对象,利用课题组自主研发的泛耐药基因组分析软件(PRAP),进行泛耐药基因组结构的鉴定,通过曼-惠特尼秩和检验和皮尔逊检验,来分析耐药基因与血清型、序列型(sequence type,ST)及分离株样本来源信息间的相关性...     

大鼠基因组微卫星分布特征分析

大鼠(Rattus norvegicus)是重要的生物模型动物,已被广泛应用于医学和药学研究。利用生物信息学方法对大鼠基因组外显子、基因间隔区以及内含子微卫星进行了搜索与分析,并对外显子微卫星所在的基因进行了定位,以及通过Blast2Go和KAAS程序进行功能分类注释。分析表明:(1)不同区域微卫星数量上,基因间隔区(1 104 149)内含子(806 024)外显子(4 665),外显子不同区域微卫星数量表现为CDS3'UTR5'UTR;(2)外显子中出现最多的重复拷贝类别是A,其次是AAG、AGC,三碱基和四碱基微卫星在外显子微卫星中最多,占56.7%;基因间隔区微卫星和内含子均以二碱基数量最多,两者出现最多重复拷贝类别均是AC,其次均是A、AG;(3)外显子区、基因间隔区和内含子区不同重复类型重复次数均以最小重复次数,微卫星数量最多;(4)外显子微卫星序列2 330条,位于1 203个基因上,GO注释表明涉及细胞成分(cellular component)占46.9%、生物过程(biological process)占39.3%和分子功能(molecular function)占13.8%;(5)KEGG通路分析表明,与人类疾病相关的基因最多(431),其次是参与机体系统相关的基因(387),和细胞过程相关基因最少(158)。本研究将为进一步分析大鼠微卫星功能及微卫星分子标记提供理论依据。     

犬科动物线粒体基因组特征分析

在基因组水平上,分析了已知犬科动物线粒体基因组的特征。结果表明：其基因排列顺序相同;具有AT含量高,G含量最低的碱基偏好性;存在基N间隔和基N重叠;CUA（Leu）,Auu（Ile）,AUA（Met）等密码子使用率最高,密码子第3位G使用率最低;轻链复制起点序列组成和二级结构高度保守;在犬、狼、郊狼控制区存在10bp的相似重复序列,赤狐序列差异较大。     

节肢动物线粒体基因组碱基组成特征分析

利用93个节肢动物线粒体基因组数据,分析了线粒体基因组的碱基组成,及对氨基酸组成的影响。研究表明:(1)节肢动物线粒体基因组GC含量较低,分布范围较窄(13.28%～39.64%)。基因组GC含量与密码子第三位置的GC含量间的相关性(r=0.9432,p<0.01)比密码子第一、二位置上的相关性强。(2)在密码子的三个不同位置上均可以观察到C<->T和A<->G相互取代的现象。(3)从NC.004529和NC.003979两个序列的对比研究中可以发现碱基组成变化会引起氨基酸组成的变化,这种变化不仅体现在不同的物种之间,而且也体现在同一基因组内部的不同基因之间,这些影响可能是相互的。表明节肢动物线粒体基因组中的碱基变化是受多种因素共同作用的结果。     

基因组改组技术及其在微生物育种中的应用研究进展

Genome shuffling(基因组改组)技术是借助递归式原生质体融合策略对微生物基因组进行遗传改良的一种新兴微生物育种方法。自2002年首次被用来培育tylosin高产菌株以来,目前已为育种工作者广泛采用。对Genome shuffling技术的原理及最近的应用研究进展进行了综述,探讨了其局限性,并展望了其发展的趋势。