历史上，动物育种家都是很快地开发新的生物技术，用来增殖经济上的优良种系。多年来，人工授精已是乳品业的标准做法，通过将少数优良公牛的基因大量地渗入基因库，已迅速地提高了牛奶产量。同样，胚胎移植技术使优良雌畜和经过子代考验的优良种畜之间基因组组合产生的仔畜数目尽可能地增加，从而进一步加速了遗传上的改良。与此有关的胚胎操作技术已接近实际应用于家畜的改良。分子生物学的进展在动物科学家中间引起了新的激情，主要起因于人和大鼠生长激素基因的多份拷贝注入小鼠胚胎后使接受基因的小鼠快速生长。重组DNA技术的另一些实际的应用也正在动物育种中寻找用武之地。本文旨在概述目前正用于或即将用于改良家畜的哺乳动物发育和分子遗传学的生物工程新技术。

胚胎技术

能在胚胎发育早期进行操作并得到健康的活畜，这提供了很多种可能性以便在家畜中增加农业上有用的基因型。同样重要的是，研究胚胎操作技术和结果也能提供有关重要经济动物的比较发育生物学方面有价值的基本资料。

1.胚胎移植

从一头超常排卵乳牛身上不用外科手术而获得十多个胚胎，这是牛胚胎移植技术商业化，也是实验生殖生物学的重大步骤。现在，胚胎移植在奶牛和菜牛中都是一种公认的商业性做法。然而，在其它家畜中胚胎移植技术还没有得到很好的发展。只有为数不多的实验室不用外科手术来获取绵羊和山羊的胚胎。可惜，猪的卵和胚胎的回收仍是个问题，目前，大部分实验材料仍来自手术或屠宰场。不过，在实验室里能取得未受精卵或胚胎，以及将胚胎重新植入代母子宫以正常怀孕和分娩等技术，都为通向动物改良的各种实验方法打开了大门。

2.体外授精

体外授精技术，在畜牧业中也是一个研究领域。从绵羊小卵巢滤泡中收集的卵母细胞已能在体外培养和成熟，并能在体外授精和重植入代母子宫而产下活羔。包括猪、牛等家畜的体外授精技术已经建立，虽然还未能做到大量地或百发百中地产下活仔，但已用排出的卵母辨胞作为初始材料。这些技术带来的最直接的好处或许是使发育过程处于研究者控制下的部分逐渐增加，从而使这部分过程可受实验操纵。

3.胚胎分割与融合

最初从以小鼠胚胎为材料的哺乳动物胚胎学基础研究而建立的显微外科技术，现已用于大家畜以增加具有相同基因型的子代数目。分离出牛、马和羊等的早期分裂相胚胎的分裂球，少到只有正常细胞数的二分之一甚至四分之一的也能正常发育。将晚期桑椹卵和早期胚囊的胚胎切成两半再植入受体动物也可产生正常的后代。胚胎的各种分割方法已产生了遗传上一模一样的成活的双胞胎、三胞胎和四胞胎。

核移植是增加相同基因型后代数目的另一途径。将整个分裂球与除核的半个未受精卵相融合，这个实验发现8细胞期和16细胞期的羊胚胎的细胞核尚具全能性。尽管有关其他家畜的细胞核的情况还知之甚少，但是，羊的实验结果是令人鼓舞的，它提示直到16细胞期的胚胎还可克隆家畜，这比根据小鼠实验而预期的要更现实些。小鼠实验是移植4细胞期和稍晚一些胚胎的核，它不足以维持胚胎发育到胚囊期。

多个胚胎的分裂球聚合或将多能细胞注入胚囊腔都能产生嵌合小鼠。这些四个亲本甚至六个亲本的小鼠已成为研究哺乳动物发育的有力工具。但用这些方法来产生嵌合家畜还奏效甚微，而且这项技术的经济上的潜力还不十分清楚。但研究嵌合动物也许有助于弄清不同种的哺乳动物早期发育的差别。更引人注目的嵌合家畜是种间嵌合体，如山羊和绵羊胚胎组合而成的‘山绵羊’。成年动物表现出两种亲代的表型特征，其中包括普通羊毛和安哥拉山羊宅的花斑毛皮。

4.控制性别比例

比胚胎分割或胚胎融合具有更明显商业价值的是在培育的家畜群体中，控制后代的性比。尽管作了很大努力，而且不时声称已获成功，实际上还没有找到能把含X染色体或Y染色体的精液分开的稳定技术。然而，不同性别的精液的潜在经济价值是值得对其进行深入研究的。

成功地控制性别也许首先是成功地在胚胎移植以前区别胚胎的性别。区分胚胎性别的细胞学方法最近已有综述。胚胎分割术可对直到桑椹期或胚囊期的半个胚胎的细胞作核型分析，而另外半个则可用于转移。转移半个胚胎的受孕率仅稍低于转移完整胚胎的受孕率。

核型分析的主要限制在于无法从这么少的细胞得到足以进行性别鉴定的有丝分裂指数。据报道，牛的半个胚胎区分性别的成功率高达60%；但随着用于分析的细胞数的减少，成功率也就下降。然而，若对这种研究方案佐以分子生物学方法，则有可能大大提高成功率，并为首次进行区分性别的商业性服务奠定基础。少量细胞的DNA应是以查明高度重复的Y染色体专一顺序，也许在近期就能得到可用于许多种动物的这类探针。

目前正努力发展鉴别胚胎性别而又无伤害的方法。有人声称葡萄糖6 - 磷酸脱氢酶活性的比色测试鉴别小鼠胚胎性别的正确率达64%；且只稍稍降低受试胚胎的生活力。直接测定X连锁基因在X染色体失活之前的表达，迄今在家畜中尚未见成功的报道。可是已有如下报道：雄性专一抗原在小鼠、牛猪和羊的8－细胞期的胚胎中表达，可用同一近交系雄性个体的脾细胞免疫C57BL/6雌性小鼠产生的抗血清作间接免疫荧光来加以鉴定。据称在一项牛的胚胎研究中已获高度成功。但对这种技术仍有争议；有待其他实验室的证实，甚至这项技术的创建者也认为过于主观，需简化后方能推广。但有报告说，已用于猪和羊的胚胎的研究，也许可证明是实际可行的。X染色体连锁的酶和雄性专一抗原这二种方法，都会从发展短期培养的条件而得益非浅，在这种条件下，培养液所含产物的量足够分析之用。

基因转移

操纵家畜胚胎的技术与实验动物的实验胚胎学平行地得到发展。结果，获得了表达外源重组生长激素基因的转移基因小鼠，这在动物学家中间，特别是在已掌握注射基因所需大部分技术的生殖生理学家中间刮起了巨澜。将这项技术从小鼠推广到家畜并不如想象的那样地简捷。

除了供研究而购买和维持家畜需大量经费外，还碰到一些技术问题。各种家畜对外源促性腺激素的卵巢反应大不相同，不用外科手术来收集羊和猪的卵的方法要还未臻完善。小鼠卵和兔卵的细胞质是透明的，而猪、羊和牛的卵的细胞质则是不透明的，在光学显微镜下看不到原核，因而在将DNA注入原核时就很困难。

不过，最近已发展了观察和注射羊、猪胚胎原核的技术，并已报道了在许多种家畜中通过注射将基因转入原核。海默（Hammer）等人将融合产物MT-hGH（小鼠金属巯基蛋白基因的启动子连同人生长激素基因）注入兔、猪和羊卵的原核或核，该基因都整合进这些原核的DNA中，并在兔和猪中观察到基因表达。MT-h GH的整合频率在兔（12.8%）和猪中（10.4%）差不多，在羊中（1.3%）很低，三者都低于通常报道的小鼠中的整合效率（25 ~ 30%）。由于还不知道外源基因整合入动物基因组的机制，所以很难推测为什么不同物种有不同的整合频率。但这些实验证明了在家畜中转移基因是可行的。

在许多关键问题得到解答以前，无法估价改变基因组以改良家畜的实际可行性。外源基因整合和表达等主要技术问题的解答，也许将继续来自转基因小鼠的实验。可是其他许多问题只有对家畜本身进行全面研究后方能找到答案。例如，一个外源的生长激素基因的过量表达，将怎样去影响调节生长速率、躯体组成、整体适合度、性成熟年龄和生殖能力等复杂的相互作用过程？这些带普遍性的问题几乎肯定都适用于影响基本生理过程的引入的基因。另一些准备引入家畜的基因如抗病基因，也许不会有这么复杂的生理反应，但仍需从经济和环境的角度仔细地加以评价。

分子遗传标记

重组DNA技术对动物改良的最大贡献，最终可能是鉴别和定位家畜基因组中的多态基因座位。限制性片段长度多态性（RFLPs）的鉴定和定位为许多种遗传病的诊断和评价提供了辅助标记，从而革新了人类遗传学。虽然，动物学家迄今还对此熟视无睹，但是绘制到处有多态基因座位的人类基因图的方法，动物遗传学家同样是可用的，借助于标记的动物育种对动物改良也具变革的潜力。

RFLP分析的方法学及在动物育种中的潜在作用已有综述。但有关家畜RFLP的报道很少，这反映了直到最近家畜遗传学家才认识到该技术的作用。如果，家畜DNA的多态性像人一样，则预期在约100对核苷酸中有一个多态位点。用了6种限制性内切酶；用了α - 和β - 干扰素、纤维连接素，α - 和γ - 晶体蛋白以及生长激素等基因片段为探针，我们最近在小的异质牛群中查到了多态性。随着可广泛地获得探针和日益认识到用RFLP作基因组分析的巨大潜力，在今后几年内，查明家畜DNA多态性的数目将会迅速增加。但是，本文前面提到的许多种方法，诸如人工授精、胚胎转移等可大大增加少数被选中个体对基因库作出贡献的方法最终有可能减少家畜DNA多态性频率，记住这一点是有好处的。也许需要保持一些大的繁殖群体，这些群体不用这些方法改善其频率，而其价值只在于作为遗传变异的来源。出于同样的理由，稀有的家畜品种也应视作资源而加以保存。将来RFLP分析的一个重要作用可能在于监测基因库中变异的丢失和保存。

广泛应用于人类基因定位的体细胞杂交的超性方法，实际上可用于包括家畜在内的各种哺乳动物。利用牛 - 仓鼠杂种细胞，我们已将37个牛的同工酶座位定位在24个同线组，勾画出以牛的基因为界标的基因图的轮廓。随后用α -、β - 和γ - 干扰素（IFA、IFB，IKG）纤维连接素（FN），α - 和γ - 晶体蛋白（CRYAL，CRYa）以及生长激素（GH）等基因片段为探针，分析了同一杂种细胞分布板的DNA，将这些多态座位（IFG除外）加在牛的基因图上（表2）。虽然我们离开画出一张定位数量性状基因所必需的基因图还相距很远。但在相当短的时间内画出这种简图却是家畜“基因组学”最新进展的一个例证。当前正以同样的方法，差不多的速度绘制羊和猪的基因图。

此外，DNA探针与动物染色体的原位杂交正崭露头角为一种有价值的定位技术，首先将猪的主要组织相容性复合物（MHC）定位在7号染色体，接着又定位了猪的其它一些基因。由于猪的单个染色体较之羊和牛的染色体更易辨认，所以原位图谱分析可能对绘制猪的基因图有巨大的推动作用。原位杂交无疑将用来补充体细胞遗传学和家系分析以便定位各种家畜的单一DNA顺序。

弄清哺乳动物基因组所需多态标记的数目取决于要定位的基因座位的密度。如某种哺乳动物的基因组大小是2500 cM（分摩尔根），则需要大约215个随机分布的标记才能使任何一个数量性状的基因座位有95%的几率位于一个多态标记所处的20 cM范围内。想在近期内定位任何一种家畜的200多个多态座位，都是一项令人生畏的任务。可是，如果我们能够指出标记之间相隔距离则只需标记之间相距不到的75 ~ 80个标记，就可完全覆盖牛的基因组。

当然，如此精确地测定标记间的距离是不可能做到的，但是随着人和小鼠基因图的迅速扩充以及出现了比较基因图这一学科，也许可使我们比用随机分布的基因座位更有效地覆盖大多数动物的基因组。人、小鼠和牛的基因闻的同源性很高，也就是说，同线基因组在这三种动物中是保守的。既然，哺乳动物常染色体上有许多区域看来在进化上是保守的，因而有理由认为，在这些区域内各个物种都以差不多的频率发生了基因间的减数分裂重组。当然不排除有例外。但是，知道了人、小鼠和其它哺乳动物的这些区域是保守的，我们就能利用人和小鼠的基因定位数据选出探针，用来辨认动物染色体上相隔一定距离的基因座位的多态化。用RFLP来充实家畜基因图，就可用标记来选择重要的经济表现型，并可认为是遗传工程对畜牧业的重大贡献。

[TIG 1987年3月，3卷，3期]