我国动物遗传育种与繁殖学科结构及其研究方向

陈晓勇

(1.中国农业大学 动物科技学院，北京100193; 2.河北省畜牧兽医研究所，河北 保定071000)

目前，动物遗传育种与繁殖在我国农业院校学科体系中为独立的二级学科，为研究生专业之一，从包含的内容和研究方向上实际分为动物遗传育种和动物繁殖两个方面，动物遗传育种主要包含动物遗传资源调查、评价、挖掘和利用，育种相关基础和前沿技术研究、品种选育、以及动物性状遗传机理等，主要任务是为动物生产提供详实的有关育种方面的科学依据，为畜牧生产提供优质的种质资源。动物繁殖的主要内容包含动物繁殖规律研究、繁殖技术应用研究和繁殖生物技术领域前沿研究，主要任务是遵循动物繁殖规律，运用繁殖技术提高动物繁殖力，增加动物产品数量。动物遗传育种与繁殖是紧密相连、一脉相承的关系，动物遗传育种是基础，动物繁殖是应用，该学科的中心任务是为畜牧生产提供质优量多的动物产品。因此，从学科体系讲，动物遗传育种与繁殖在畜牧学一级学科中占有非常重要的地位，该学科在畜牧生产中的贡献要占到40% ～60%。从动物生物学规律(包括发育、生长、成熟、生产、衰老等) 以及畜牧生产(包括产蛋、产奶、产肉、产毛、产绒等) 来讲，动物遗传育种与繁殖是根本和基础。

1 动物遗传育种与繁殖学科结构

从包含内容、研究方向上讲，动物遗传育种与繁殖实际分为动物遗传育种和动物繁殖两个部分。如图所示。

1.1 动物遗传育种

1.1.1 动物遗传资源

从遗传学角度广义理解，动物遗传资源是指长期以来，在自然生态条件下和人类、社会、经济、文化活动中逐渐形成的野生和家养动物所携带的各种遗传物质的总和。从分子遗传学角度理解，是指能作为遗传育种原材料的丰富多样的基因种类和基因组合体系。从畜牧学角度来看，动物遗传资源是指能满足人类多种物质文化需要的、能为人类直接或间接利用的包含各种遗传变异，具有多种适应性的畜禽的品种、类型和类群［1］。从两个方面讲，主要分为品种资源和起源驯化，品种资源主要是畜禽品种性能评价、种质资源挖掘、遗传多样性、品种保护与利用，为品种利用和新品种培育提供科学素材和依据; 起源驯化主要是评价现代畜禽品种与野生祖先、未驯化种群及野生动物的关系。

1.1.2 动物数量遗传

孟德尔遗传学被称为经典遗传学，是第1 代遗传学，它与数学结合产生了第2 代遗传学——群体遗传学，群体遗传学与统计学结合产生了第3 代遗传学——数量遗传学。动物数量遗传主要以孟德尔遗传学为基础，研究数量性状的遗传和变异，主要包括数量性状的数学模型和遗传参数估计、选择原理和方法、近交和杂交的遗传效应分析。此外还包括群体遗传学与计算机结合形成的生物信息学。

1.1.3 动物分子遗传

动物分子遗传主要是从分子水平上研究动物遗传变异规律，具体分为DNA、RNA、蛋白质等层面分析基因与性状的关系，并为育种技术方法提供基础理论和依据，主要分为功能基因组学和分子标记辅助选择研究。功能基因组学是利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质转向多个基因或蛋白质，同时进行系统的研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。分子标记辅助选择主要是利用分子诊断技术对基因进行标记，确定标记基因的遗传效应，为育种提供基础数据和技术手段。

1.1.4 动物育种技术

动物育种技术的发展分为3 个阶段: 表型值育种技术、估计育种值育种和分子育种技术。随着生物技术的发展，育种技术逐渐发展到估计育种值育种和分子育种阶段，分子育种技术又包括转基因育种技术和基因组育种技术。转基因育种技术是指利用基因转移技术培育生物新品种的一种技术方法，通过将其它物种或品种中的优秀基因转移到要培育的新品种中，使其能够在新品种中稳定遗传，转基因育种是培育优质、高产、抗逆以及特殊用途新品种的重要技术。全基因组育种技术又称全基因组选择技术，主要是从动物全基因组的角度，利用整个基因组的标记信息对个体育种值进行估计，在前期全基因组关联分析的基础上，进一步利用高密度的SNP 标记进行动物全基因组序列扫描，并利用各种数理统计模型精确分析单个SNP 的遗传效应以及在基因组水平上的相互关系，是目前较为前沿的选种技术。

1.1.5 育种实践

育种实践主要侧重应用研究，主要包括本品种选育和新品种培育。本品种选育主要针对已有品种进行品种选育、提高品种特性; 新品种培育主要是利用现有品种资源、采用育种技术培育新品种。

1.2 动物繁殖

1.2.1 动物繁殖生理

动物繁殖生理也可称为动物生殖生理，主要包含生殖激素、配子发生和繁殖周期生理。

生殖激素主要研究性激素的基因表达、合成与分泌、激素在生殖周期中的作用等。配子包含精子和卵子，精子的发生主要研究内容为精子的发生过程及其基因表达调控。卵子发生是雌性动物繁殖研究的重要内容，主要包括卵子发生过程及其基因表达调控，这部分内容是动物繁殖生物技术的基础，属基础研究层面。繁殖周期生理主要指雌性动物发情、排卵、受精、妊娠、分娩、泌乳等一系列与繁殖生产有关的内容，这部分内容研究层次上可以分为基础研究和应用研究，基础研究主要包含繁殖机理，应用研究主要集中在繁殖调控技术。

1.2.2 动物繁殖技术

繁殖技术主要包含繁殖调控技术和繁殖生物技术，繁殖调控技术主要是以繁殖周期为基础进而衍生形成的一系列调控技术，如以发情生理为基础的发情调控技术，包含诱导发情和同期发情; 以排卵为基础的排卵调控技术，包含超数排卵和诱导排卵; 以受精生理为基础的配种技术，分为自然交配、人为辅助配种、人工授精; 以精子分离和胚胎性别分化为基础的性别控制技术，包括X、Y 精子分离和胚胎性别鉴定技术; 以妊娠生理为基础的产仔间隔控制技术，包括早期妊娠诊断技术和频密繁殖技术; 以分娩生理为基础的同期分娩技术; 以泌乳原理和产后生殖周期为基础衍生的产后发情技术，包括早期断奶和生殖激素诱导产后发情技术。

繁殖生物技术又称配子与胚胎生物技术，主要是以精子和卵子发生、受精、妊娠、胚胎发育等生物学为基础形成的生物技术，如精液和卵子冷冻保存技术、体外受精和显微受精技术、胚胎移植技术、嵌合体技术、胚胎干细胞技术、核移植技术等。

1.2.3 动物繁殖管理

动物繁殖管理主要包含繁殖障碍及其防治、提高繁殖力两方面内容。减少繁殖障碍发生率以及如何防治是其研究的重点。纵观动物繁殖领域，归根结底是利用动物潜能提高繁殖力，增加产仔(犊、羔羊、蛋、毛绒、皮革等) 数量。从研究层次上动物繁殖更侧重应用研究，与产业距离较近，包括在生产中为保持和提高畜群繁殖效率所采取的一切管理措施，如: ①结合实际情况对上述各种繁殖技术的具体运用，包括方案的制定、工作计划的组织和实施、问题的分析和总结、效果的评定和改进; ②生殖器官疾病和不孕现象的发现和诊断、原因的分析和防治工作的进行; ③繁殖母畜与种公畜的选择和利用，繁殖资料的记录和管理，繁殖效率的评价和分析; ④畜禽配种、妊娠、分娩与围产期等繁殖关键时期工作计划的制定和组织实施，生理状态的监测和检查。⑤国家和地方及行业对各项技术操作规程的制定与实施等。

2 动物遗传育种与繁殖学科研究动态

虽然动物遗传育种与繁殖为一个学科，但研究内容和方向上又较为独立，学术活动独立进行，拥有各自的学会组织，分别为动物遗传育种学会和动物繁殖学会，均隶属于中国畜牧兽医学会。

2.1 动物遗传育种学术交流及其研究趋势

2.1.1 学术交流

参会人员数量多、会议内容丰富。动物遗传育种学会第1 次会议自1981年开始，至今已举办全国性学术会议16 次，每两年举办1 次。从最近几次的会议情况看，参会人数和会议投稿论文越来越多，如第16 次全国动物遗传育种学术讨论会于2011年5月在扬州举办，参会代表1300 余名，共收到来自全国高等院校及科研院所论文597篇，大会共安排了3 个特邀报告、15 个大会报告、“畜禽基因组学和生物信息学”、“畜禽重要经济性状分子遗传基础”、“细胞工程与转基因动物”、“数量遗传与动物育种”4个分会143 个专题报告、 “转基因育种”、“全基因组选择与全基因组关联分析”、“优质鸡选育”、“全国生猪改良计划”4 个专题研讨会、65 篇论文墙报展览以及新产品和新成果展示。

从研究内容看，本次大会交流内容包括表观遗传学、系统生物学、群体遗传学、转基因育种以及单基因水平和细胞水平的研究，涵盖了动物遗传育种领域的各个方面;从研究涉及的性状而言，主要是抗病性状、品质、繁殖以及一些常规生产性状; 从研究物种来看，有人类疾病遗传，猪、鸡、奶牛、肉牛、绵羊、山羊、兔、狐狸、小鼠等，既有理论研究，也有育种实践。

新产品和新成果展示增多。会议期间，北京倍辉科技有限公司、IlluminaChina、艾本德中国有限公司、上海佰真生物科技有限公司、南京新飞达光电科学技术有限公司、奥林巴斯(中国) 有限公司、常州立华畜禽有限公司、江苏京海集团等21 家单位进行动物遗传育种、生物技术相关的仪器设备以及种畜禽各式新产品和新成果展示。

2.1.2 研究动态和趋势

基础研究与应用研究并重。本次大会注重基础研究与应用研究相结合，克服了以往会议偏重基础理论研究的问题，强调基础研究与应用研究并重，高新技术和基础研究的紧密结合。针对生产中传统育种理论的发展瓶颈问题，例如选择精度低、育种周期长。分子标记辅助选择应用较少的现状，着重探讨了基于测序的全基因组选择理论和技术体系，对畜禽重要经济性状的遗传机制和品种繁育的新理论、技术体系作了深入的分析，并在奶牛、猪和家禽中取得了一些实践成果，为跟踪当前国际动物育种发展趋势，加快我国优良新品种选育进展奠定基础。

动物遗传育种研究进入“全基因组”时代。全基因组选择作为一种新的遗传选择方法，已经成为国内动物遗传育种学家研究的热点。全基因组选择是利用整个基因组的标记信息对个体育种值进行估计，在前期全基因组关联分析(GWAS) 的基础上，进一步利用高密度的SNP 标记进行动物机体全基因组序列扫描，并利用各种数理统计模型精确分析单个SNP 的效应以及在基因组水平上的相互关系，这种方法克服了主要经济性状的单个SNP 效应偏小的问题，选择的精确度和可靠性有了显著提高; 综观大会报告和分组报告，全基因组选择引起了与会代表的高度关注，中国农业大学、东北农业大学等单位已开展了畜禽全基因组选择研究和实践，涉及的品种包括奶牛、猪、鸡等，其中应用效果比较成功的是奶牛，相信在5 ～10年后，随着下一代测序技术的改进，测序成本的降低，动物遗传育种研究将在“全基因组”水平全面展开。

“OMIC”组学研究崭露头角。 “OMIC”组学由动物功能基因组学、结构基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学以及表型组学等构成，主要研究对象是功能基因组学、生物信息学、比较基因组学、结构基因组学、蛋白质组学、整体生物学等等。在该研究领域，基因组研究的重心将转向基因功能，即由测定基因的DNA 序列、解释生命的所有遗传信息转移到从分子整体水平对生物学功能的研究上，在分子层面上探索生物健康和疾病的奥秘。生物信息技术是后基因时代的核心技术。目前，我国研究还主要集中在鉴定分离与品质、遗传抗性、生长和繁殖等重要经济性状相关的新基因，多数研究还没有深入到对基因功能的验证和了解基因表达的调控网络。本次会议中国科学院院士、江西农业大学黄路生教授的报告“利用整合系统生物学解析家猪重要经济性状的遗传基础”，充分利用生命科学、信息科学、数学、计算机科学等各种学科知识，将系统内不同性质的构成要素(基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等) 的研究结合起来，解析家猪重要经济性状的遗传机理，获得最主要的生物遗传信息，发掘重要的功能基因和标记。［2］

2.2 动物繁殖学术交流及其研究趋势

2.2.1 学术交流

动物繁殖学分会的前身起自1978年举行的首次全国动物繁殖及人工授精学术研讨会，正式成立于1982年，至今共举办16 次全国性学术研讨会，每两年举办一次全国性学术会议。随着学会发展壮大和在校研究生人数的增多，学术交流活动呈现参会人数增多、办会趋于商业化特点，如第16 次动物繁殖学会于2012年8月在哈尔滨市举办，参会代表340 人。会议共收到学术论文215篇，展示墙报24 篇，动物繁殖分会名誉理事长中国农业大学张忠诚教授、理事长朱士恩教授、新疆畜牧科学院陈静波研究员、秘书长田见晖教授、中国农业大学韩建永教授、西北农业大学曾文先教授等分别做了《几个繁殖生物学名词释义的商榷》、《转基因猪牛羊环境安全评价技术》、《马细管精液人工授精技术研究进展》、《IVF 对胚胎表观修饰及个体发育的影响》、《猪多能性干细胞研究》、 《雄性生殖干细胞研究进展》的讲座; 魏海军、曾宪垠等23 位专家和研究生分别在胚胎生物技术、生殖生理等方面进行大会学术交流。内容涉及牛、羊、猪、马、鹿和小鼠、水牛、犏牛、狐、貉等动物的生殖生理、精液保存与人工授精、克隆与转基因、基因表达与分子标记、干细胞分离与培养、胚胎生产保存与胚胎移植等。

2.2.2 研究动态和趋势

近两届全国动物繁殖学会论文情况见表1。

配子与胚胎生物技术成为研究热点。配子与胚胎生物技术论文占会议论文的60%以上，其中胚胎生产、保存与胚胎移植方面论文占25%以上。我国在转基因、克隆等胚胎生物技术的研究发展很快，转基因与克隆方面论文比例较前些年有大幅度提高，基因表达与分子标记论文比例超过20%，干细胞技术的研究已接近世界先进水平，性别控制、胚胎移植等繁殖技术研究与生产实际的紧密结合，为提高畜牧生产水平和经济效益起了重要作用。

表1 近两届全国动物繁殖学术研讨会发表论文情况统计表

参会代表趋于年轻化，研究生居多。与会代表中青年及学生代表占80%以上，体现了动物繁殖学者逐渐年轻化的大趋势，素质不断提高，为我国的动物繁殖事业注入了新生力量。

［1］徐刚.畜禽遗传资源及其管理.畜牧兽医杂志，1994，3: 19-21.

［2］刘向萍，朱云芬，王桂朝.“全基因组”时代的动物遗传育种研究，中国家禽，2011，33(11) : 7-10.