生物信息學在動物遺傳育種中的應用

陳晏

（拱北海關(guān)技術(shù)中心，廣東 珠海519000）

1 生物信息學的相關(guān)概述

生物信息學主要是利用計算機相關(guān)技術(shù)，將生物科學的相關(guān)研究成果中有關(guān)生物信息方面的進行分析、存儲和檢索的科學，也就是說通過生物信息學搭建生物信息數(shù)據(jù)庫，利用計算機進行分析研究，從而為解決生物學的具體問題進行服務。在生物遺傳中，生物信息學主要協(xié)助研究了蛋白質(zhì)和核算兩大生物大分子的結(jié)構(gòu)序列的差異性所帶來的不同遺傳信息對動物遺傳的控制形式。從蛋白組學來說，主要探索不同種類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來的不同性能，利用雙向凝膠電泳圖譜分析蛋白質(zhì)在不同時期的功能。從基因組學來說，將基因的全部遺傳片段進行功能性研究，并拆分相關(guān)片段進行提取研究。兩者的研究成果相互融合，共同為基因活性和生物疾病等領(lǐng)域的發(fā)展提供理論基礎。與此同時生物信息學的研究內(nèi)容還涉及疾病的控制和藥物的研發(fā)。我們可以通過生物信息學的研究成果，分析疾病產(chǎn)生的控制基因，從而利用基因改良的手段遏制疾病的發(fā)生。同時使用生物學和遺傳學等方面的研究成果，可以有效研發(fā)相關(guān)疾病控制藥物，極大的提升了當前疾病的控制率。

2 生物信息學與動物遺傳育種的關(guān)系

從生命的本質(zhì)來講，就是將遺傳信息通過基因傳遞給下一代，并在自然選擇中保留最優(yōu)質(zhì)的、最適應生存的遺傳基因。生物信息學就是研究基因信息控制遺傳性狀的具體方式，深入探索剖析基因序列的排列順序?qū)ι镄誀畋磉_的影響，并根據(jù)研究結(jié)果改良基因的科學。通過生物信息學對基因的有效控制，可以實現(xiàn)對物種的優(yōu)良基因引導培育，同時可以有效提升動物育種的速度。

3 生物信息學在動物遺傳育種中的應用問題

當前生物信息學在動物遺傳育種應用中存在的問題為基因發(fā)現(xiàn)的不可控性和不確定性。生物發(fā)展是極其復雜的，生命從起源到現(xiàn)如今已經(jīng)經(jīng)歷了漫長的演變歷程，而人類對生命的探索時間尚短，物種的多樣性和不確定性使得決定生命遺傳的基因和蛋白質(zhì)也有繁多的種類。人類在對生命的探索中，采取的研究基因序列的方法也多種多樣，但是這些都不可避免的會使部分基因無法被及時發(fā)現(xiàn)。同時通過基因序列斷定物種的性能是存在一定漏洞的。影響基因編碼蛋白質(zhì)表現(xiàn)其性能的因素還有維生素或者是礦物質(zhì)等，這種不確定性也在一定程度上給動物遺傳育種研究帶來了阻礙作用。

4 生物信息學在動物遺傳育種中的應用策略

4.1 創(chuàng)立基因組數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)良性育種

動物遺傳育種的研究過程中，可以通過生物信息學的相關(guān)研究結(jié)果，有效的將不同物種之間的進化距離以及功能基因同源性進行探尋掌握，并將不同物種之間的同源性基因加以比較分析，探尋經(jīng)濟型動物的基因，并使用基因標記手段進行DNA標記，此時再通過標記的基因進行基因育種，這種育種方式可以有效的提高育種的效率和育種的速度。其中因為動物經(jīng)濟性狀主要由微效多基因進行控制，且微效多基因中還包含部分主效基因，這就給生物基因育種的篩選工作帶來了一定程度的困難。此時就可以在已經(jīng)構(gòu)建的生物數(shù)據(jù)庫中尋找主效基因的同源基因，通過序列對比以及同源性分析構(gòu)建基因組數(shù)據(jù)庫，以此來進行動物品種的改良和優(yōu)化。

4.2 積極進行生物功能組的相關(guān)分析

在生物技術(shù)的發(fā)展中，基因組測序技術(shù)在研究領(lǐng)域占據(jù)了越來越重要的地位，其使用頻率也在近年逐漸增加?；蚪M測序技術(shù)可以將各種動物的基因組序列進行分析展開，再利用當前已知的序列結(jié)構(gòu)和功能順序研究成果，對相關(guān)動物的基因組中具有明顯特征性的基因片段進行檢測，從而確定其功能意義，這有助于促使人類進一步深入探索基因的序列組成以及功能意義，為人類探索基因奧秘奠定了強大的理論基礎。舉個例子來說，當我們使用多態(tài)性分析對牛的PRNP 基因序列進行測定時，發(fā)現(xiàn)對牛的BSE 性狀不產(chǎn)生影響，那么就意味著這一段基因序列并不是該功能的控制基因。對于基因組序列的研究，不僅僅限制在同一物種上。對于不同物種動物的基因組進行同序列聯(lián)配和同源識別，并有助于我們進一步了解物種進化演變歷史，對物種研究和生物信息發(fā)展也有一定的促進作用。通過對基因序列結(jié)構(gòu)和相關(guān)序列功能的研究，以及物種進化歷史探索，可以有效幫助我們進行同源基因的探尋，促進動物品種的改良和優(yōu)化。

4.3 使用測序基因組數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)動物發(fā)育

在不同的生物體中，存在著不同的基因性狀表達，并且其表達數(shù)量也存在著較為顯著的差異。并且即使是同一物種的同一組織，不同個體的相同生長發(fā)育階段，他們的基因表達數(shù)量和種類也是不一樣的。這就意味著，不同個體在各自分化、成長和發(fā)育過程中，其組織器官的基因組成也是不一樣的復雜結(jié)構(gòu)。而在生命奧秘的探索中，為了深入探索出生命中基因的組成結(jié)構(gòu)，就需要通過同源比較和基因組圖譜分析相結(jié)合的方式。這種多樣化的發(fā)展情況有效的幫助我們進行動物生長的不同生理、環(huán)境、生長階段等基因表達的研究。而利用數(shù)學與生物學的研究結(jié)果，可以有效探究出動物發(fā)展的基因組DNA 測序數(shù)據(jù)，這為后期對動物生長發(fā)育的機理研究和控制途徑提供了理論數(shù)據(jù)依據(jù)。

4.4 充分使用基因組學研究生物分子進化

在對生物進行基因序列研究時，可以通過DNA 序列所表現(xiàn)的差異性判斷動物物種之間的親緣程度。那么當我們對各個物種的完整基因組數(shù)據(jù)進行分析時，就可以通過不同物種之間的DNA 序列的同源基因?qū)Ρ?，對生物分子的進化歷史進行具體分析研究，通過這樣的方式實現(xiàn)我們對動物基因的起源、進化和結(jié)構(gòu)演變探索，有助于我們當前的動物基因改良研究。同時完整的基因組探索，為我們的動物性狀和基因雜交提供了完善的參考。當然目前我們在生物分子進化方面的研究仍然擁有較大的上升空間，根據(jù)現(xiàn)在的已知結(jié)論，在人類和牛的基因組圖譜的對比分析中，保守部分有105 種之多。在后期的基因組學研究中，人類在生命奧秘中的探索路途必將越走越遠。

4.5 布設種群優(yōu)質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫體系

布設種群優(yōu)質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫，主要是為了穩(wěn)定當前地球上現(xiàn)存的物種基因，確保各類物種的可持續(xù)發(fā)展。這主要是因為當前地球環(huán)境的日益惡化，嚴重影響了地球上物種的延續(xù)，很多物種都處于瀕危狀態(tài)。就當前的大環(huán)境來看，建設資源數(shù)據(jù)庫的工作勢在必行且較為緊急。在一定程度上這個工作可以稱為保種，即留存下人類可知的完善基因數(shù)據(jù)庫。顧名思義資源數(shù)據(jù)庫體系的建立就有兩個必要條件，物種的完整基因組以及優(yōu)質(zhì)基因組。此時就可以有效利用生物信息學的方法進行種群基因組檢測，探尋最優(yōu)質(zhì)的基因，同時發(fā)掘新的和特點較為鮮明的基因，實現(xiàn)基因庫數(shù)據(jù)資源的完整。

結(jié)束語

通過生物信息學在動物遺傳育種中的具體運用，促進兩者的緊密聯(lián)系，引導生物信息學與動物遺傳育種的共同成長，此時就可以借助生物信息學中的基因組數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)良性育種，在基因改造的過程中，需要積極進行生物功能組的相關(guān)分析，通過使用優(yōu)質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫體系，選擇最優(yōu)質(zhì)的發(fā)育基因，有效調(diào)節(jié)動物發(fā)育，從而實現(xiàn)優(yōu)良品種的培育。對于當前存在的問題，我們需要進行有針對性的探究，完善生物信息學在物種遺傳育種領(lǐng)域的具體應用措施，為后期生物信息學運用于其他領(lǐng)域提供可靠的參考依據(jù)，同時也有效的促進生物物種遺傳的良好發(fā)展。