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不同动物亲缘关系常用的鉴定方法(趣味阅读)

更新时间:2020-01-13 来源:经济动物学报 编辑:张正义

  在我国畜牧业发展过程中,已经有很多养殖场开始注重建立和完善动物系谱图谱。只有明确动物之间亲缘关系,才能进行有效的保留和留种,淘汰生产力较差的个体,对于扩大下一代的遗传繁育有很大的意义。亲子鉴定不仅仅用于家畜育种,还适用于野生动物繁殖和濒危动物的保护,通过对它们的个体识别和亲缘关系鉴定,来了解其生活习性和群体遗传多样性,从而更加有效的进行遗传繁育。实际生产中由于各种原因造成系谱记录不详,在育种选择中无法确定优良种公兽。通过分子生物学进行亲子鉴定显得尤为重要。

  1、亲子鉴定的种类与标记方法

  1.1 亲子标记的内容

  亲子鉴定是指应用生物学、医学、遗传学等方法对个体和亲代的可遗传差异来分析动物之间可能存在的遗传关系,且符合孟德尔遗传分离规律。随着生物繁殖代数的增加,就会在基因水平上发生可积累的变异,因而,在DNA序列上的差异就可以反映出物种之间的亲缘关系的远近程度,亦可用个体亲缘关系的认定,遗传标记为动物的个体识别提供强有力的手段。

  1.2 用于亲子鉴定的各种遗传标记

  亲子鉴定的遗传标记分为传统型(包括形态学标记和生化标记)和分子型。随着分子生物学的发展,分子标记在某种程度已经取代了传统标记,它具备以下特点:(1)表现为一种简单的遗传性状,遗传方式为孟德尔遗传定律;(2)具有遗传多样性;(3)检测结果重复性强;(4)不受年龄、健康状况以及其他环境的影响,且终生不变。

  1.3 形态学标记在亲子鉴定中的应用

  根据动物之间个体和亲代在毛色、毛发、角的有无等一般可以用肉眼观察到的形态差异在判断不同个体的亲缘关系。这种方法带有主观选择,误差极大,而且形态的发生还受很多环境因素的影响。

  1.4 生化标记在亲子鉴定中的应用

  畜禽中开展蛋白质多态性的研究起初是在牛羊中进行的,在牛中已经发现了具有多态性的蛋白质(或酶)28种36个标记。这些蛋白质及酶大多数存在于各种体液,如血液、乳液等中。细田等利用牛的4种多态性抗血清鉴定了30例亲子关系,排除概率为86.3%.A.Sawaguchi用16个遗传多态性标记和20个传统的血液组标记在50例有争议的日本人进行亲子鉴定,结果发现20个血液标记的平均排除概率是92.42%,低于16个DNA标记的99.55%.

  尽管生化标记在亲子鉴定中得到了一定的应用,但是由于编码蛋白质的基因只占基因组的10%,可利用的遗传座位数量比较少,只能反映出部分多态性,有时蛋白质的表达和特征受到了时间、空间以及动物发育阶段和性别的影响,并且采用电泳方法仅能检测出蛋白多肽链中1/4的氨基酸取代,其余3/4无法取出。因此,蛋白质多态性分析的可靠性要低于DNA水平的多态性分析,在应用上逐渐让步于新型的DNA分子标记。

大象母子

图1 大象母子

  1.5 分子标记

  DNA分子标记能够直接反映物种之间核苷酸的不同,多态性高、准确度高、具有显性或共显性标记,将在亲子鉴定中发挥重要作用,DNA分子标记分为DNA指纹标记、微卫星DNA和单核苷酸多态性。

  1.5.1 DNA指纹标记

  第一代DNA指纹是基于小微卫星标记的,通常包括10~60个碱基重复单元,通过放射性标记的VNTRs探针杂交酶切片段和分离的基因组DNA检测。

  DNA指纹最初作为法医鉴定的工具,后来用于移民案件和父系争论。随后在家畜的DNA中发现。由于DNA指纹图谱在动物和人类中一样,具有个体高度特异性、体细胞稳定性和种类稳定性的特点,而且这种特异性仍按简单的孟德尔方式遗传,可用于亲子鉴定,作为遗传标记辅助选择等。A.J.Jeffreys将基于小微卫星的DNA应用于人类亲子鉴定。Kashi等运用DNA指纹技术成功的对一个犊牛及其双亲进行了鉴定。由于小微卫星的片段较长且变化较大(0.5~30 kb),较难确定准确的片段长度并且在不同个体之间进行比较,如果应用到人类的亲子鉴定中,在法庭上有时发生对鉴定结果质疑的现象。

  1.5.2 微卫星DNA

  在整个基因组中,微卫星DNA有1~6个核苷酸重复单元。

  它作为基因标记,包括世代分析,法医学调查研究,人类遗传学研究,系统发育重建研究等。李洁等利用13个微卫星座位对116只甘肃高山细毛羊进行亲子鉴定的研究,累计父权排除概率达到了0.999 94 .Isberg等用14个微卫星位点对养殖咸水鳄鱼亲子鉴定中,累积排除概率为0.998 8.

  微卫星标记有很高的多态性,微卫星之间通常是稳定遗传的。但是也有一些不足,Hearne等研究微卫星突变率在10-6~10-4之间,远高于酶的突变频率。还有一种说法有“哑等位基因”,本身是有等位基因,但是在电泳检测或者聚丙烯凝胶电泳检测不出其多态性的现象。胡利平等用了20个微卫星,在1 199例人群亲子鉴定中共观察到39例突变,其中38例有1个STR基因座发生突变,2个STR基因座同时突变的观察到1例。这其中17个基因座观察到基因突变现象,突变率在0~0.29%之间。

  1.5.3 单核苷酸多态性

  单核苷酸多态性是指基因组DNA范围内单个核苷酸突变。下一代测序(NGS)和复合扩增技术的迅速发展可能会在一个DNA池内同时识别几十个甚至几百个SNP位点 .

  张静静等依次选取了100、500、1 000、1 500、2 000、2 500和3 000为5个SNPS数用于个体亲缘关系的检测。结果证明,随着SNPS数目的增多,检测的亲缘关系准确性也逐渐增加。H erráeza等对德国牛进行亲子鉴定,分别用43个SNP和14个微卫星进行标记,两者标记方法的父权排除概率很接近。Werner等用37个SNP标记对荷斯坦牛、德系西门塔尔牛和瑞士褐牛3个品种的牛亲子鉴定的情况,其亲权排除概率>99.99%.

  SNP标记具有操作方便、稳定性好、高通量自动化检测等优点非常适合用于大规模群体的亲子鉴定。

猫咪母子

图2 猫咪母子

  2、不同物种亲缘关系常用的鉴定方法

  物种之间由于种群数量,群体遗传特征、个体差异、成本预算等因素导致对其进行亲子鉴定的常用标记方法也不一样。本文从猪、马、羊、牛等大家畜、禽类、鱼类生物、特种经济动物等常用的标记方法进行了简要的分析。

  2.1 猪、马、羊、牛等大家畜亲子鉴定

  对于猪、马、羊、牛来说,大多数报道是用的微卫星和SNP进行鉴定的。程文科用12个微卫星座位分别对144头猪和123头羊的进行研究,累积非父排除率分别为0.983 5和0.999 9 .黄娅琳用了11个微卫星基因座对马进行了亲子鉴定,确定了争议小马与嫌疑母马无亲子关系。王杰等对高原型藏山羊供试个体的亲子鉴定所选用10个SSR分子标记遗传,累计非父排除概率为0.998 030.赵凤等用11个微卫星DNA对229头荷斯坦种公牛个体基因型进行了检测,累积非父排除率达到99.99%,初步建立了北京奶牛中心荷斯坦种公牛DNA数据库 .

  2.2 禽类亲子鉴定

  对于禽类来说,任晋东用5个微卫星基因座位解决绍兴鸭的亲权鉴定问题和绍兴鸭的个体选育问题。李显耀选用6个微卫星标记对上海X场、北京Y场2001年和2002年引进的H蛋鸡配套系祖代的各品系进行分析,达到品系鉴定的目的。孙洪霞等利用选取的7个多态微卫星位点对石岐肉鸽种群进行了亲子鉴定,累计非父排除率为0.995 6.

  2.3 鱼类生物亲子鉴定

  鱼类生物方面也有人利用分子标记作亲子鉴定的,苗贵东等在双亲未知的情况下用2个多重PCR的8个微卫星对大菱鲆7个人工选育家系进行了系谱认证,累积排除概率为96.58%.任昆等研究表明,在亲本性别未知时,8个微卫星位点可以进行431个草鱼亲本的亲权鉴定。骆慧用12个微卫星对达氏鋳鉴定出了6个子代的父母本,武祥伟等用6对微卫星引物对2个大黄鱼群亲子鉴定,亲子检出率>99% .辛苗苗等用7个微卫星标记为中华鲟亲子鉴定的核心体系,其单亲、父权和双亲的累积排除率分别为99.12%、99.95%和99.99% .Frost等使用微卫星标记对澳洲尖吻鲈进行亲权分析,发现这个群体中55%的子代来自同一雄性父本 .

  2.4 特种经济动物亲子鉴定

  方盛国等用DNA指纹进行了大熊猫的亲子鉴定,准确无误地确定了10个家系子代的真父,排除了非父,增加受配雌兽的受孕机会,减少种群退化;张于光等借鉴家猫微卫星基因座和苏门答腊虎的微卫星序列设计了符合东北虎的10对多态性引物,成功地鉴定了7个父子关系不清的后代,了解该物种的遗传现状,从而加强了对该物种的保护 .罗丹应用12对微卫星引物对16窝鳄蜥进行父权鉴定,有6窝出现了基因型差异,证明存在有一个以上的生物学父亲,存在多父权的比率为42.8% .白玉妍等用15个微卫星标记方法用于蓝狐单亲亲权鉴定,累积非亲排除概率值为0.999 996 ,宗文丽研究利用9个微卫星标记首次对73只北极狐进行了亲子鉴定。累计非父排除概率达99.99% .连虹用7个微卫星位点对豚鹿进行亲子关系鉴定,确定了母本为已知的子代个体的亲生父本,置信度均达95% .杜志恒等用5个微卫星对61只鹿作亲子鉴定,其排除概率为0.785%~0.835%.Okada等用18对其他物种的微卫星引物,在鹿扩增出多态性DNA,成功地得出微卫星标记是监测梅花鹿的行为特征以及近亲繁殖的有效工具 .

  3、展望

  结合大多数文献资料表明,目前常用于动物亲子鉴定标记的是微卫星和SNP,因为他们都是共显性标记,稳定且精确率高,自1990年初以来,微卫星基因座广泛适用于人口结构和父权分析 ,并可能会继续被使用。它相对廉价,相比二等位标记,如单核苷酸多态性,它的每个标记基因型会提供更多的群体遗传信息,一套微卫星标记可用于几个相关的物种基因型分析,相比之下,SNP标记缺乏跨物种的效用,因此只适合单一物种群体和亲子鉴定的研究。但是想要大量的检测,可能选择SNP标记方法要多一下,随着SNP技术的发展和检测成本的下降,其在高通量的牛鉴定中有取代微卫星标记的可能。

  亲子鉴定主要在人类上应用较多,在动物方面的应用刚刚起步,通过亲子鉴定而建立系谱用于动物育种改良,包括杂交个体的选择、配种方案的制定、血缘关系近交率的确定,以及群体遗传参数的估计值。用遗传标记构建分子系谱,对其群体内、家系间或个体间的遗传关系有了进一步的了解,有利于对所研究的群体进行优势选择。对那些濒危的野生动物来说更是一种群体性保护,明确它们的遗传关系,从而更加有效地加以保种繁育。

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