113 專技高考高等考試 畜牧技師 家畜育種學 考古題詳解

核心觀念

本題考查基因型與環境交感作用（genotype × environment interaction，簡稱 $G \times E$）：不同基因型在不同環境下的表現差異，不只是環境對所有基因型造成相同幅度的影響。

以一個基因座的兩種對偶基因型 $G_1$、$G_2$，以及兩種環境 $E_1$、$E_2$ 為例。縱軸表示性狀表現值，橫軸表示環境；兩條線分別代表兩種基因型在不同環境下的表現。

若不同基因型對環境變化的反應不同，即有交感作用。其結果可能改變基因型間的差距，嚴重時甚至使兩種基因型的優劣次序反轉。

為何動物育種必須考慮

育種者依據性狀表現選留種畜，但表現值同時受基因型與環境影響。若忽略 $G \times E$，在某一環境中表現優良的基因型，移至另一環境後未必仍然優良。

因此，種畜評估與選拔應考慮目標飼養環境。若不同環境下的基因型排序改變，僅依單一環境的測定結果選種，可能選到不適合實際生產環境的種畜，降低選拔效益。此觀念也有助於判斷應採用跨環境通用的育種策略，或針對不同環境分別選育。

解題方法與座標圖

作圖時，先以橫軸表示兩種環境 $E_1$、$E_2$，縱軸表示性狀表現值；再分別連接 $G_1$、$G_2$ 在兩種環境下的表現值。判斷重點是比較兩條線的斜率與是否交叉。

1. 強烈交感作用

兩種基因型對環境的反應差異大，表現線交叉，表示基因型排序反轉：$E_1$ 下 $G_1$ 表現較高，$E_2$ 下則 $G_2$ 表現較高。

核心觀念

本題考查遺傳參數與飼養管理資料的判讀：**Heritability（遺傳率）**描述表型差異中有多少可歸因於加性遺傳差異；**Repeatability（重複力）**描述同一個體多次表現紀錄的相似程度；**Contemporary group（同期組）**則用來控制同一時期、相近管理條件下個體共同受到的環境影響。三者關係在於：同期組能降低環境差異造成的偏差，使遺傳率及重複力的估計與育種評價更可靠。

設表型值為 $P$，表型變異為 $\sigma_P^2$；加性遺傳變異為 $\sigma_A^2$；個體永久環境變異為 $\sigma_{PE}^2$；暫時環境變異為 $\sigma_{TE}^2$。在常見的簡化模型下：

解題方法與名詞說明

（一）Heritability（遺傳率）

遺傳率是特定族群、特定環境及特定性狀下，表型變異中由遺傳變異所解釋的比例。育種上主要使用狹義遺傳率 $h^2$：

廣義遺傳率 $H^2$ 則以總遺傳變異為分子：

其中 $\sigma_G^2$ 包括加性、顯性及上位性遺傳變異。育種預測通常重視狹義遺傳率，因為加性遺傳效應可經由親代傳遞給後代。

遺傳率愈高，個體表型愈能反映其加性遺傳價值，以個體表型進行選拔通常愈有效；遺傳率低的性狀則較容易受環境影響，常須增加紀錄數、利用親屬資料或採用後裔檢定與最佳線性無偏估計等方法提升評價準確性。遺傳率是族群參數，不是某一個體的遺傳比例，也不代表性狀有多少「由基因決定」而不受環境影響。

（二）Repeatability（重複力）

重複力是同一個體同一性狀的多次紀錄之間的相關程度。以方差成分表示：

其中 $\sigma_{NA}^2$ 為非加性遺傳變異。分子包含個體各次紀錄間持續一致的來源，包括遺傳效應及永久環境效應；暫時環境效應則通常只影響個別一次紀錄，故不列入分子。

核心觀念

簡單遺傳性狀通常由一個或少數基因控制，表型類別與基因型的關係較明確。判定種畜基因型時，先看其表型能否直接區分基因型；若顯性表型同時可能由純合子或雜合子造成，就須利用測交或後裔檢定。

選拔效率則看能否準確辨認並留用帶有目標基因的個體。基因型判定愈準確、繁殖與選拔安排愈有利，愈能迅速提高有利基因頻率，或淘汰不利基因。

（一）如何知道種親簡單遺傳性狀的基因型？（5 分）

解題方法：先判斷表型是否能唯一對應基因型，再選擇直接檢定或交配檢定。

以完全顯性、單一常染色體基因為例，設 $A$ 為顯性等位基因，$a$ 為隱性等位基因：

• 表現隱性性狀的個體，基因型必為 $aa$。
• 表現顯性性狀的個體，基因型可能是 $AA$ 或 $Aa$，單看表型無法區分。

要判定顯性表型個體的基因型，可採以下方法：

1. 測交：使待測個體與隱性純合子 $aa$ 交配。若後代出現隱性表型，待測親本必為 $Aa$；若後代全為顯性，則支持待測親本為 $AA$。後代數愈多，判定愈可靠。
2. 後裔檢定：檢查待測種畜所生後代是否出現隱性表型。若出現隱性後代，表示親本帶有隱性等位基因，為 $Aa$。實務上需有足夠後代，並避免只憑少數後代未見隱性表型就斷定親本為 $AA$。
3. 系譜或分子檢定：若親代基因型紀錄完整，或已有可用的 DNA 標記／基因檢測，可據此推定或直接確認基因型。

（二）影響簡單遺傳基因性狀選拔效率的因素為何？（15 分）

解題方法：從「基因型能否辨認、選拔能否有效改變基因頻率、育種流程是否及時」三方面作答。

1. 基因作用方式與基因型可辨識性 隱性表型通常能直接辨認隱性純合子；完全顯性性狀的顯性表型則可能包含 $AA$ 與 $Aa$，若未做測交或基因檢測，容易把帶有不利隱性基因的雜合子留下，降低選拔效率。

核心觀念

本題考哈溫平衡（Hardy–Weinberg equilibrium）下的基因型頻率與基因頻率，以及表型能否直接對應基因型。設裸頸等位基因頻率為 $p=f(N)$，正常羽等位基因頻率為 $q=f(n)$，則：

在隨機交配且族群符合哈溫平衡時，三種基因型頻率為：

題目指出 $N$ 對 $n$ 為不完全顯性，因此 $NN$、$Nn$、$nn$ 的表型可區分；只有 $nn$ 表現正常羽。

解題方法

正常羽個體占 $16\%=0.16$，且正常羽表型對應隱性純合基因型 $nn$，所以：

因此：

由 $p+q=1$ 得：

代入哈溫平衡公式，得到三種基因型頻率：

故 $N$ 基因型頻率為 $NN=36\%$、$Nn=48\%$、$nn=16\%$；等位基因頻率則為 $f(N)=60\%$、$f(n)=40\%$。

偏離哈溫平衡的可能原因

哈溫平衡成立須符合若干條件。實際族群的基因型頻率若偏離預期，可能原因包括：

核心觀念

本題分別考查 CRISPR/Cas9 的定點切割與細胞修復機制、將編輯結果轉化為可繁殖豬隻所需的胚胎與繁殖技術，以及此技術的效益和限制。

CRISPR/Cas9 是由**導引 RNA（guide RNA, gRNA）**帶領 Cas9 核酸酶辨識特定 DNA 序列的基因編輯系統。常用的 SpCas9 還要求目標序列旁有 PAM（protospacer adjacent motif），其典型序列為 5′-NGG-3′。Cas9 在目標位置造成 DNA 雙股斷裂後，細胞會啟動修復機制；編輯結果主要取決於修復途徑。

解題方法

作答時可依序說明：「導引辨識 → Cas9 切割 → 細胞修復」，再把基因編輯豬的生產流程拆成「編輯材料的取得與導入 → 胚胎發育 → 代孕母豬妊娠 → 後代基因型確認」。基因編輯工具只負責改變 DNA；要獲得活豬，仍須依靠胚胎操作及繁殖技術。

（一）CRISPR/Cas9 基因編輯的技術原理

1. **設計導引 RNA：**依目標基因的 DNA 序列設計 gRNA，使其序列能與目標 DNA 互補配對。實務上常以單一導引 RNA（sgRNA）結合原本的 crRNA 與 tracrRNA 功能。
2. **辨識目標位置：**gRNA 與 Cas9 形成複合體，在基因組中尋找與 gRNA 相符、且鄰近 PAM 的目標序列。PAM 是 Cas9 辨識與切割所需的短 DNA 序列。
3. **切割 DNA：**目標序列與 gRNA 配對後，Cas9 的核酸酶活性切開 DNA 兩股，在目標位置形成雙股斷裂。
4. 利用細胞修復產生編輯：

• **非同源末端接合（NHEJ）：**直接接合斷裂端，容易產生少量核苷酸插入或缺失（indel）。若造成移碼或破壞重要序列，可使基因功能喪失，常用於基因剔除（knockout）。
• **同源導向修復（HDR）：**若提供含有預定序列的修復模板，細胞可依模板修復，達成特定序列替換或插入，常用於精確修正或基因敲入（knock-in）。HDR 的效率受細胞及胚胎狀態等因素影響。

因此，CRISPR/Cas9 的定點性主要來自 gRNA 的序列辨識，而最終突變型態則由細胞的 DNA 修復途徑及是否提供修復模板決定。

（二）獲得基因編輯豬所需搭配的技術

途徑一：直接編輯受精卵或早期胚胎

這是直接在胚胎中導入 CRISPR/Cas9 的方式，通常包括：

1. **取得卵母細胞並完成受精：**利用體內取卵，或體外成熟、體外受精（IVM／IVF）等方式取得受精卵或早期胚胎。
2. **將編輯工具送入胚胎：**以顯微注射將 Cas9 與 gRNA（或 Cas9 mRNA、蛋白質與 gRNA 複合物）導入受精卵；也可採電穿孔等方法導入。
3. **胚胎培養與移植：**將處理後的胚胎短期培養，再移植到發情週期同步的受體母豬子宮內；若採體內取得的胚胎，也可依其發育階段移植至適當位置。
4. **妊娠與出生後檢驗：**受體母豬妊娠、分娩後，檢測仔豬的目標基因序列與基因型，確認是否編輯成功，並評估是否為嵌合體。