生物科技與家畜禽抗病育種
黃錦源
摘要
家畜禽的疾病死亡常造成經濟上和育種上很大的損失，而疾病的發生常因動物本身抗病力的降低而引起。因此，如何強化動物的抗病力，除了改善環境或以人為免疫方式來增強抗病力之外，就長遠利益而言最好是加強動物的抗病遺傳能力。現已瞭解抗病力受到遺傳基因的影響，可能係受到單基因或多基因的遺傳控制，故理論上可利用與抗病力有關的遺傳標記來選拔抗病種畜禽。由於生物科技的發達，現在更可以生殖技術和分子生物技術，結合基因圖譜的利用找出抗病基因，進行標記輔助選拔抗病種畜禽，甚至利用選殖的抗病基因進行基因轉殖於種畜禽，進而育成抗病種畜禽。而這些生物技術都正快速發展中，對於提高種畜禽之抗病力和改進生產效率將有很大的助益。
前言
家畜疾病的發生造成生產者畜牧生產效率的降低與經濟上的鉅大損失，而且動物產品藥物殘留問題也直接威脅人類健康；據估計因為疾病問題的經濟損失約佔生產總值的10∼20%。這種經濟上的損失，包括了動物的死亡損失，因疾病而使產品遭受損壞或廢棄。因疾病所發生醫療消毒和疫苗費用的增加，以及家畜禽因疾病而增重減緩，生育力減低引起的生產效率的減低。除此之外，常被忽略的是因疾病所造成育種改良的減緩，此因為動物發生疾病而無法正確檢定與拔真正具優良遺傳之種畜禽。又由於為了疾病防治，生產者常需使用抗生素、磺胺類和消毒藥等藥劑，造成環境的污染與抗藥性的發生，這些均可威脅人類的健康，而使消費者需求產品的安全衛生以及對有機畜產品的需求大為提昇。因此如何加強動物本身的抗病能力，而不必藉由藥物的使用，生產健康的畜產品是畜牧產業的責任。
本文目的在探討如何藉由生物科技的方法來育成抗病的種畜，減少疾病的發生，進而提升產業的生產效率和經濟效益。
家畜禽的抗病能力
疾病的發生決定於宿主(家畜禽本身)，病原體和環境的三角關聯，病原體的致病力，在環境條件的合適下，以及在宿主抗病能力低弱下，而引起宿主的發病；換言之，環境不適合病原體的繁殖且宿主本身抗病力強，則宿主不易發病。因此，防止環境有利於病原體的繁殖與侵入，宿主就不易發病，況且宿主本身自然抗病力強或以人為方法加強宿主的抗病力，則更不容易發病。
動物本身具有自然的抗病能力，亦即具有抗病的遺傳能力，這種遺傳能力，可能來自動物體內染色體的單基因或多基因遺傳控制，例如豬抗Coli K88 係受一對隱性基因的控制，牛的乳房炎則受多基因的遺傳控制。了解家畜禽抗病基因，將有助於抗病種畜禽的選拔與育成。動物的抗病能力與免疫反應的能力又有遺傳上的相關，任何可提高免疫反應能力的方式，必然可以提高其抗病能力。
至於人為的(後天性的)抗病能力加強方面，吾人可以疫苗免疫或給予提高免疫力的飼糧來達成；亦即以人為的方法來增強個體的免疫系統，藉由免疫反應的能力來防止與消滅侵入的病原體。不過這種後天性的抗病能力是無法遺傳至後代，無法達到抗病育種的目的，惟有選拔具遺傳性的抗病能力才能遺傳至下一代。
家畜禽抗病能力的改進
家畜禽抗病能力可由人為的方法來提高，但是人為(環境因素)的改進無法遺傳，故抗病遺傳的選拔是改進抗病能力最重要的策略。選拔抗病力強的種畜禽吾人可利用選拔的原理，進行直接選拔和間接選拔。(1)直接選拔方法最簡單的是檢視種畜禽對疾病的抵抗能力，但是由於環環的影響和基因表現度的差異，很難選到真正具遺傳抗病能力的動物。暴露種畜禽於病原感染的環境中(雖然易於發見抗病能力差的種畜禽)，但此方法對育種者則有生產上和可能損失高價值種畜禽的負面經濟影響；故直接由種畜禽發病情形來選拔並不是很好的辦法。(2)間接選拔方法係利用種畜禽抗病的遺傳標記(genetic markers)來選拔，此法具有花費較低，抗病能力表現良好的優點。但問題是抗病能力的表現與遺傳標記相關性是否很高，則需要進一步的研究與確認。另一種增強抗病能力的方法，係利用新興生物科技的分子生物遺傳策略，以重組DNA基因工程方法來改變抗病遺傳能力。
利用抗病遺傳標記於選拔抗病種畜禽對種畜禽本身不產生任何的經濟損失，可利用動物體內的血液、組織、細胞、酵素，蛋白質等物質的遺傳多態型(genetic polymorphism)來進行。這些可用傳統的生物化學或免疫生化學方法，分析其遺傳多態型及研究其與抗病遺傳能力的相關性。例如動物的血清蛋白型，酵素型，血型以及白血球的主要組織相容性複合體(Major Histocompability Complex, MHC)。
免疫反應能力 (Immune response) 也已証明是可以遺傳，遺傳率在20%∼40%之間，與動物抗病能力有很大的遺傳相關。因此，選拔免疫反應遺傳能力，間接地可增加動物的抗病能力，且免疫反應能力基因(Ir基因)又與MHC基因具有很緊密的相關性。雞的抗馬立克病毒症，是與雞血型B基因座的B12基因有關；牛的淋巴球抗原 (BoLA) 的W12基因與牛對白血病病毒的易感性有關；在人類的HLA或老鼠H-2組織抗原的基因也都証明動物與疾病的抵抗性有關，所以免疫反應能力與MHC多態型都可用於抗病育種的間接選拔。
生物科技在畜產抗病育種的應用
生物科技在國內外家畜禽生產上正在快速發展中，在畜牧產業上的應用，主要著重在生殖技術和分子生物技術(molecular biotechnologies)兩大類。
第一大類為生殖技術可包括人工授精，胚移置、性別控制和選殖 (Cloning)遺傳型相同個體；如胚分割或核轉置(nuclear transplantation, NT)，亦即將成熟卵中核取出，再轉置另一胚細胞或體細胞核以生產遺傳相同的胚胎。這些在培育高性能種畜禽上相當重要。這些體外受精、胚移置、胚冷凍保存、分割技術和胚性別鑑定等，對家畜禽的生產性能和抗病力提高已有相當之成就。
第二大類是分子生物技術應用於基因定位、鑑定、比對或基因操控，其包括DNA指紋(DNA fingerprinting)、標記輔助選拔(marker assisted selection)和基因轉殖(gene transfer)。分子生物技術被認為可用於達到抗病育種之目的，在分子生物技術上主要亦可分為二類；
(一)分子基因定位：基因定位(gene mapping)的建立可偵測DNA的多態型，了解個體間的遺傳基因變異，以此多態型性標記基因座做為”標記輔助選拔”選出抗病力強的種畜禽。由於直接選拔抗病遺傳型的不容易，但利用於家畜禽定位的基因，則可使鑑別、調控和選殖抗病基因成為可能。至今豬已成功地找出1500個標記基因，而至少有1000個可用於追蹤家族遺傳之用。現已有8個被定位的基因具有經濟價值，如豬緊迫性症 (PSS) 基因在第6條染色體上，而與大腸桿菌 (E. coli) 下痢有關的基因有二，分別在第13和第6條染色體上，另外與一名為campus tumor的豬疾病基因，則位於第7條染色體上。
現用於偵測DNA變異的分子生物技術發展快速，常用的有(1)RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphisms)利用限制�炊壑磺NA片段多態型，這種多態性分析技術，可用於分析與生產性狀或抗病性連鎖基因的基因型，做為選拔種畜禽抗病能力的標記；(2) VNTRS(Variable Number of Tandem Repeat loci) 縱列重複基因座變異性數目在特定基因座上有重複單位變異性具有多態性，可提供做為基因分析之有價值的標記。這種多基因座VNTRS(稱為DNA指紋)是因其具有高度的個體特異性，而可做為選拔抗病力的個體；(3) Simple Tandem Repeat and Microsatellite locil (STR)，高可變異基因座是為短的簡單縱列重複，又稱為微衛星(microsatellites)；這種str.在人方面顯示高度可變環帶型態，其STR序列因此能被應用於鑑定任何真核個體基因組之變化。
(二) 基因轉殖：基因轉殖是結合基因重組，胚操控和胚移罝等生物技術將選殖的新基因導入家畜禽染色體內，以改變其生產性能或增強其抗病力，或生產人用之生醫藥品，例如，生長快速，抗病力增強，生產低膽固醇或低脂肪肉品，提高乳量，生產類人母奶品，產製含療效的人類蛋白質的乳品 (如干擾素，胰島素，生長荷爾蒙，紅血球生長素，白血球生長素，凝血第八因子等)。用於冶療人類疾病。基因轉殖在醫學上又可用於生產類人化的豬器官供應病人器官移植手術之用。
在基因轉殖動物抗病方面，豬和羊已有轉殖動物能產生特異抗體的基因以及雞方面有轉殖病毒封套基因 (virus envelopegene, env) 的蛋白質的基因 (env基因)，以阻斷病毒的受體，以此來抵抗某些疾病，其成功後將可育成對多種病毒具遺傳免疫作用的動物。
以羊或豬乳腺基因轉殖動物做為生物反應器 (biorector) 近來頗被強調利用。生產抗凝血素，以及在豬體生產人血紅球蛋白。亦有利用基因轉殖乳牛生產人乳鐵素 (lactoferrin)，轉殖於豬亦可降低仔豬的下痢。在牛也可用於預防乳房炎。Mxl基因轉殖豬的研究有可能降低對感冒的易感性。在不同近交系雞隻又發現其對Salmonella 有很大之抵抗力。
在目前常用的基因轉殖技術，計有(1)基因顯微注射法(gene microinjection)係將外源基因在顯微鏡下應用顯微注射技術直接注入受精卵的原核中。為目前最常用的方法之一。(2)反轉錄病毒法(Retro viral Vectors)係將選殖基因先行嵌入反轉錄病毒載體，使此外源基因帶入胚的基因組中。(3)胚幹細胞法(Embryo-derived stem cell)，此係將外源基因經由磷酸鈣沈澱、顯微注射、反轉錄病毒感染或電穿孔法與胚幹細胞相融合，以產生嵌合胚。(4)精子載體法(sperm vector method)：此係在體外將外源DNA與動物精子(spermatozoa)結合，藉由精子受精作用將外源基因植入卵子中。
結論
利用傳統和新興的生物技術，來選拔育成抗病力強的種畜禽，可說指日可待。基因與抗病力的遺傳相關的確認，亦即基因之定位將決定標記輔助選拔的成功。以基因轉殖方法來育成抗病種畜禽，必須先確認找出對抗病力有助益的基因，然後以此選殖之基因利用適當有效簡便的基因轉殖方法，使轉殖基因能在轉殖的動物中表現，尤其重要是此基因能遺傳至子代並表現其抗病力。
參考文獻
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