CE平台——让农牧分子育种应用软着陆
【2021-01-28】
自20世纪80年代以来，动物育种技术已逐渐从群体水平进入分子水平。分子育种是以分子生物学为基础，遗传学为依据，直接在DNA水平上对性状基因进行选择，可以克服常规育种中世代间隔长、进展慢、效率低、种质资源浪费等问题，大大提升育种效率。
分子标记辅助选择是目前动物分子育种中一个重要的技术，其基础是QTL（数量性状位点）定位，一旦完成了准确的QTL定位，就能借助分子标记对目标性状进行辅助选择[1]。目前对动物经济性状的QTL定位在不同物种当中的进展速度不尽相同，其中进展相对较快的有奶牛、肉牛、猪、鸡、羊等，而水产动物等研究进展较慢。
在基因组研究技术越来越先进、检测通量越来越高，产出数据量越来越大的今天，大量基因信息被获取，使得整个分子育种领域有了大飞跃。但我们认为，分子育种的最终目标是筛选出尽可能少的主效性状关联基因，并使用简便、快速、经济的方法进行检测，从而真正把分子育种的工作落地到实际农业生产中去。
在本篇文章当中，大阅哥将会带大家了解一些重要经济动物的分子育种案例，并介绍中低通量分子标记检测的理想平台——毛细管电泳（CE）平台，以及基于CE平台开发的较为成熟的农牧检测应用。
主效基因检测在分子育种中的实际应用案例
在动物育种中，重要的经济性状包括生长、繁殖、肉质、产奶、产毛等，其通常由微效多基因决定，并受环境因素影响。分子育种其中一个重要目的就是发现和动物重要性状密切相关的数量性状基因座，尤其是主效基因座，从而通过检测这些分子标记进行辅助育种，达到提高育种准确度和早期选种的目的。下面我们举几个通过检测性状关联主效基因来进行动物分子育种的例子。
FecB基因——绵羊产多羔的关键
产多羔在羊的育种中是非常重要的生产性状，产羔数对养羊业经济效益的贡献率甚至可以达到74%~96%，据不完全统计，产双羔所获的经济效益是产单羔的1.6倍以上[2]。
科学家们从20世纪中叶就开始寻找羊多羔基因，其中研究最多的就是绵羊的FecB（BMPR-IB）基因。多年以来，不同国家的科学家利用遗传连锁标记定位、定位克隆等方法对FecB基因进行了精确的定位，直到2001年，３个研究团队发现绵羊FecB 影响产羔数的作用机制是由于其基因编码区发生了A746G突变，导致了第249位氨基酸由谷氨酰胺变为精氨酸（Q249R），从而影响到小卵泡发育而导致产多羔现象。
目前，国内外很多羊养殖场都在进行FecB基因多态性的检测，以选育可产多羔数的羊品种。
CSN2基因——市面上售卖的“A2奶”就由这个基因决定
奶牛的产奶性状是一个非常重要经济性状，CSN2（β-酪蛋白）基因是影响牛奶成分和牛产乳量的重要基因。
牛 CSN2 基因有多达 12 种基因型，而奶牛中主要是 A1 型和 A2 型，根据CSN2 基因型的不同可分为 A1A1、A1A2 和 A2A2 型奶牛。A1 和 A2型β-酪蛋白的区别在于其蛋白肽链的第 67 个氨基酸位置上, A1型由脯氨酸(Pro) 转变为组氨酸(His)。虽然 A2 基因型是野生原型，但是A2A2牛在主要的奶牛品种（如荷斯坦牛）中的比例较少，仅占不到 30%，而在根西牛和娟姗牛中占比较高。
较多研究指出，荷斯坦牛A2基因型对奶蛋白含量和产奶量有显著提升作用[3]。在牛奶成分上，通过对中国人群进行测试，相较于 A1A2 奶，饮用纯 A2A2 奶对提升人体血浆中的抗氧化物——谷胱甘肽（Glutathi-one) 效果更好，因此我们常看到市场上售卖的“A2”奶价格更高[4]。
RYR1基因——PSE猪肉产生的主因
我国是世界上最大的猪肉生产和消费国，猪肉品质已经被列入猪品种选育的重要技术指标。劣质猪肉表现为苍白、松软、切面渗水（Pale, Soft, Exudative），简称PSE肉，我国各地PSE猪肉发生率在10%~30% 之间，个别地区高达60%~70%[5]。
猪应激综合征是猪遭受多种不良因素的刺激后引发的非特异性应激反应，是导致PSE肉产生的主要原因。原因在于猪的RYR1基因在C1843-G位点突变为T1843-A位点，进而导致受体蛋白第615位的精氨酸变为半胱氨酸。
每年因猪发生应激综合征而产生的PSE肉给世界各地的养猪业带来约数百亿的损失。为此，很多核心育种场和综合试验站长期对种猪开展RYR1基因多态性的筛查工作，以淘汰携带RYR1突变基因型的个体。
除了上述我们提到的多个经济动物的主效基因外，还有很多已经被鉴定出来的与性状关联的主效基因位点，已经或者有潜力应用于实际农业生产中，例如控制猪的初生重、日增重的主效基因IGF2、MSTN基因，与猪产多仔性状相关的ESR1基因，控制奶牛产奶的乳脂率、乳蛋白率等性状的ABCG2、CSN3、Leptin基因，控制绵羊产毛量、质地、光泽等性状的KAP、KRT、FGF5基因，还有与禽类产蛋，例如绿壳蛋、鸡蛋腥味相关的基因SLOC1B3、FMO3基因等。大阅哥将会在后续的文章中为大家逐个介绍。
CE平台——中低通量动物分子标记检测的理想解决方案
正如上文所述，研究人员利用各种分子生物学方法，将少量重要的主效基因座和分子标记筛选出来了，那么下一步就是要找到一个合适的平台，将分子育种落地到真正的农业生产当中。这样的一个平台需要具备以下特点：
1. 检测简便、快速2. 价格较低3. 可同时检测中低通量多个标记4. 适用于不同类型的分子标记5. 可快速定制化开发
能够同时满足这五点条件的，非CE平台莫属！
CE（Capillary Electrophoresis）平台，即毛细管电泳平台，是阅微基因的核心技术平台。基于经验丰富的体系设计调试能力，搭配4~6重荧光引物，结合毛细管电泳的超高分辨率，可将产物通过片段大小区分，得到明确分型结果。适用于STR/SSR、SNP、InDel、CNV等不同类型的分子标记，1~200个总位点数量的检测，其中每个反应中可复合检测高达40余个分子标记。
在不同平台对比上，CE平台的中通量特性完美地契合了将农业中多个性状关联主效基因联合检测的想法，同时还可将检测费用维持在很低水平。
阅微基因——基于CE平台开发成熟的服务&产品
阅微基因产品开发首先着眼于解决用户需求，重视基础工艺以提升产品性能。目前阅微基因在农牧领域已经自主开发分子育种、个体识别、动物性控等多个应用的试剂盒或检测服务共三十余种。
在分子育种应用中，阅微基因提供A1A2奶牛鉴定、绵羊FecB多胎基因鉴定、鸽子飞行能力、宠物遗传病检测等多项成熟服务与试剂盒产品。并基于ISAG位点和文献位点，可提供对牛、马、猪、鸽、犬、猫等多个物种进行快速个体识别、亲缘鉴定服务和试剂盒产品。
同时，阅微基因基于CE平台的另一个核心优势是可以根据客户需求快速定制检测panel，最大程度满足客户需求，以达到简单、快速、经济、定制化的农牧分子标记检测目的。
参考文献：
[1] 屈小平，宁美艳，武琳,等. 动物遗传育种方法研究进展[J].家畜生态学报，2012，33（1）:81-85.
[2] Notter DR. Genetic I,provement of reproductive efficiency of sheep and goats[J]. Anim Report Sci,2012,130(3-4):147-151.
[3] 薛杰，苗永旺. 牛科物种β-酪蛋白基因的研究进展[J]. 家畜生态学报，2015，36（10）：7-11.
[4] Deth et al. Clinical evaluation of glutathione concentrations after consumption of milk containing different subtypes of β-casein: results from a randomized, cross-over clinical trial[J]. Nutrition Journal (2016) 15:82
[5] 冯文武，龙威海，丁玫，等. 贵州地方猪种及三元商品猪氟烷基因的检测[J]. 生物技术通报，2015，31（8）：66-70.
