中国肉牛育种技术演变

2015-01-24黄永震党永龙

中国牛业科学 2015年4期

陈宏，黄永震，周扬，党永龙

（西北农林科技大学动物科技学院，陕西省农业分子生物学重点实验室，陕西杨凌712100）

我国牛种资源丰富，黄牛品种已有73个，其中地方品种53个，培育品种8个，引入品种12个，是世界上牛品种最多的国家。由于社会经济的不断发展、人民生活水平的不断提高、市场的变化以及科学技术的不断深入，中国肉牛的选育方向和育种技术都经历了一系列历史性的变化。

1 选育方向的演变

由于社会经济的不断发展，中国肉牛经历了“役用—以役用为主—役肉兼用—肉役兼用—肉用”的选育过程。20世纪50年代之前，由于农业生产的需要，中国黄牛从役用方向选育。50年代后，中国黄牛开始分区域选育，在农区为满足农业生产的役用需要，加强了中国黄牛向“役用”选育的力度；在牧区，在原有品种选育的基础上，开始引进乳用或肉用生产性能高的品种进行经济杂交或育种杂交，提高其乳用和肉用性能。到60年代，农区改为以“役用为主”的选育方向，70年代以后，中国黄牛作为农业的动力已退居次要地位，随着中国良种黄牛委员会的成立，一些品种成立了选育协作组，先后制定了选育方案、体型外貌鉴定方法、良种登记和畜群档案制度。在20世纪70年代中期，中国提出了“独立的肉牛业”。为适应国民经济发展的需要，直到80年代中期，选育方向为“役肉兼用”；从1986年开始，由于农业机械化水平的提高，耕牛在农业生产中的作用相对下降，中国黄牛从“役用为主”转变为“肉役兼用”的选育方向。从80年代以后逐渐有计划的起步黄牛的肉用选育。由于逐渐重视肉用选育，从而使中国主要黄牛品种的肉用性能不断提高。进入90年代以来，耕牛每年在农业生产上使用时间继续下降，养耕牛的经济效益很低甚至赔本，加之肉牛市场的火爆，中国黄牛的肉用选育才真正获得重视，特别是在2000年以后，中国黄牛已基本从生产资料变为生活资料，中国肉牛已全面向肉用方向选育［1］。

2 肉牛遗传育种技术演变

由于育种原理与技术研究的不断发展与深化，育种技术也发生了相应的改变。早期肉牛选育多为本品种的纯种选育，为了缩短世代间隔，加快肉牛遗传进展，分子育种技术、全基因组选择技术、克隆技术，转基因技术正逐步与经典的育种方法相结合，使表型选种逐渐向基因型精确选种方向变化。

2.1 纯种选育

纯种选育也称本品种选育，这是一种基本的、经典的常规育种方法，它是指在牛品种内，通过选种、选配和培育，不断提高牛群质量及其生产性能的方法。国外许多肉牛品种和国内众多的地方黄牛品种，都是通过该方法培育而成的。多年来，在我国优良地方黄牛品种秦川牛、南阳牛、晋南牛、鲁西牛、延边牛、复州牛、郏县红牛和渤海黑牛等品种内一直实施着纯种选育，在保持其基本特征的基础上，不断提高生产性能。对引进的已有肉牛品种仍需实行纯种选育，以增加肉牛生产效益。肉牛业中，也仍需依赖于纯种繁育而不断提供种牛和杂交所用的父本和母本。

纯种选育技术可采用多种方法，在上世纪50～70年代，除了根据表型采用个体选择外，也采用了母女对比法和公牛指数法进行选种。到70年代以后，由于数量遗传学的发展，三大群体遗传参数的估计和应用，“最佳线性无偏估计”即BLUP法的提出，在中国黄牛上对肉用性能选择也开始应用综合指数法、BLUP选种法和后裔鉴定法。到90年代计算机技术的不断开发及广泛使用，使得以前不能或很难处理的模型、资料的处理成为可能，BLUP的使用范围逐步扩大开来。同时，开始在品种内进行品系选育，特别是以优秀种公牛和种母牛为系祖，以培育专以乳为主、或以肉为主的专门化品系。在南阳牛中，1986年在国内就首次开展了中国黄牛体长系和胸宽系的培育，加快了黄牛肉用性能的选育进程［1－2］。

后裔测定是评价种公牛最精确的方法之一，是通过种公牛女儿的生产性能评价公牛优劣而进行选择的一种方法，这种方法在国外应用的比较早，70年代以后，在我国首先在中国荷斯坦奶牛群中应用。在肉牛上，我国目前运用较普遍的肉用种公牛后裔测定是同期同龄比较法。根据被测公牛的后代与对照公牛同期同龄后代的初生重、断奶重和18月龄体重等性状相比较，计算同期比较值进行选种。后裔测定可分为试验站后裔测定和适合农村肉用种公牛的后裔测定。前者首先是对参加后裔测定试验的入选公牛，选出交配计划中公牛的断奶后裔，将它们分配到各地的育种试验站作测定，测定期统一，选择指标是生长速度、周岁体重、饲料报酬、外貌评分、肉的大理石纹、眼肌面积、脂肪厚度等。选择强度为10%～20%。后者是将全部参试犊牛戴耳号，测定生长发育数据，并在这些牛屠宰时，按统一标准收集胴体肉用性能资料，用以估计其双亲的育种值。

2.2 杂交改良与杂交育种

在上世纪50年代，我国牧区就引进国外优良品种与当地品种进行杂交育种，经过近30年的选育，先后培育了中国草原红牛、三河牛、新疆褐牛、中国西门塔尔牛等品种。在农区，中国黄牛在纯种选育的同时，由于中国地方黄牛的特点，适应性强，肉质良好。然而，历史上以役用为主，我国黄牛作为规模化肉用生产的牛种，缺点也是明显的，这主要表现在生长慢，后躯不发达，产肉少，育肥增重速度赶不上国外的专门化肉牛品种，加上没有经过系统的肉用性能选育，肉的品质规格往往差异较大，优质高档肉块产量少，造成发展肉牛生产的规模效益比不上专门化的国外肉牛品种。总结世界上肉牛品种利用的历史，我国先后引进了10多个国外优秀肉牛品种进行杂交改良，使杂种后代生产性能提高20%～30%，这对中国肉牛业发展发挥了重要作用。当前在中国肉牛生产中影响面最大的当数西门塔尔牛，夏洛来、利木赞、安格斯等品种。进入90年代以后，杂交群体不断扩大，一些地区在杂交群体的基础上，大胆使用杂交公牛进行横交固定和选育，2006年育成了中国第一个专门化的肉牛品种—夏南牛。2008年又相继育成了延黄牛，采用级进杂交2010年育成了辽育白牛。这3个品种的育成基本上代表了我国当前的肉牛育种水平。

2.3 分子育种技术

90年代以来，由于分子生物学和各种分子生物技术的发展，使人们有可能直接从遗传物质本身的基础上揭示生物的性状特征，它与基因产物的研究相比克服了年龄、性别、组织及各种内外环境因素的影响，而且所提供的遗传差异，即遗传标记的种类又非常多，因此，分子育种越来越受到人们的重视。发达国家的动物育种已由传统育种进入了分子育种水平。分子标记辅助选择育种的概念最早是1990年Lande等提出的，MAS是指由于某些易识别的DNA标记与某一数量性状基因座存在相关性或连锁关系，故可将它们作为遗传标记，对数量性状进行间接选择的一种选种方法。基于分子标记的标记辅助选择（marker－assisted selection，MAS）技术，在肉牛生长速度、产肉量等生产性状上已经取得了遗传进展。积极寻找与经济性状相关的关键基因，开展分子育种，为牛业提供高产、优质、高效发展的理论基础和高新科技，是发展养牛业，缩短与发达国家差距的必由之路［3－5］。

传统的肉牛育种方法周期长，效率低，况且肉牛的许多经济性状属多基因控制的数量性状，常规育种手段很难取得突破性的进展。MAS不仅弥补了传统育种中选择技术效率低的缺点，而且提高了准确性。使我们获得高生长速度的同时，保持原来品种的优良牛肉品质。因而在肉牛的遗传改良中具有广阔的应用前景。

进入20世纪90年代中期以后，在我国逐渐开展了黄牛肉用性能的分子遗传学研究。采用基因标记等现代分子育种新技术结合常规育种，以便能够加快中国肉牛品种的培育和选育。从当前发展情况来看，中国肉牛分子育种的研究主要以分子标记为基础进行标记辅助选择。随着牛QTL定位的深入发展，标记的数量愈来愈多，标记的信息也将愈来愈准确，MAS将成为黄牛品种改良的有效方法［6］。

自从中国肉牛开展了分子遗传学研究以来，研究的内容已涉及到的功能基因主要包括与中国黄牛生长发育性状、屠宰性状、肉品质性状、繁殖性状、抗病性状相关的基因［7］。研究的主要目的一是揭示生产性状的分子遗传标记，直接用于选种；二是揭示品种的分子群体遗传学特征，阐明品种间的差异和遗传关系，用于杂交效果的预测、遗传资源的评价、保护和开发利用。目前中国黄牛这方面的工作主要集中在中国几个优良黄牛品种上，包括秦川牛、南阳牛、鲁西牛、延边牛、郏县红牛和培育品种中国西门塔尔牛、草原红牛以及引进品种如利木赞、德国黄牛、红安格斯牛的杂交系。

2.4 肉牛的全基因组选择育种

通过DNA标记辅助选择技术结合传统的杂交选择育种方法已经在动物品种的改良中发挥积极作用，逐渐成为动物育种的趋势和主流。但是MAS也有局限性，它依赖于QTL定位的准确性且仅能检测一部分遗传变异。由于多个物种DNA测序的完成和SNP芯片的出现，一种新的选择方法“全基因组选择育种”由Meuwissen等于2001年提出。全基因组选择育种就是利用连锁不平衡标记，先估计染色体片段的育种值，然后将这些育种值综合分析得出整个基因组的育种值，利用育种值进行选择育种。简单来讲，全基因组选择就是依全基因组范围内的标记辅助选择［8］。

全基因组选择育种较MAS具有无可比拟的优势。全基因组选择能够对所有的遗传变异和效应进行检测和估计，而MAS仅能对部分遗传变异进行检测，这样容易过高估计其遗传效应；并且全基因组选择育种还允许育种者提前获得具有优越染色体片段的种畜。因此，在不降低育种值估计准确性的前提下，全基因组选择可缩短世间隔，加快遗传改良的速度提高其效率，降低测定的成本［9］。

自全基因组选择概念提出之后，已成为遗传育种领域的研究热点，许多畜牧业发达国家先后展开了对全基因组选择的研究及应用。新西兰、美国和澳大利亚应用全基因组选择方法，对于刚出生公犊牛基因组育种值的准确性可达到75%。在2010年，实施全基因组选择的国家包括奥地利、波兰和澳大利亚。目前，全基因组选择育种已经广泛应用到奶牛育种中，肉牛育种也开始尝试应用全基因组选择育种，但有效地应用全基因组选择育种还具有很大的挑战性。随着SNP检测技术的完善及成本的降低，使得全基因组选择方法的应用成为了可能，成为继BLUP和标记辅助选择方法之后新的育种方法［9－10］。

2.5 克隆技术与肉牛育种

克隆一般分为胚胎克隆和体细胞克隆。1987年，牛的胚胎克隆获得成功，10年后，1997年世界首例体细胞克隆绵羊多莉诞生，随后体细胞克隆各种动物相继出现，时至今日全世界已有数千头体细胞克隆牛诞生。在国内，这方面的研究也取得了丰硕的成果。2001年3月，中科院动物研究所主持的“家畜的无性繁殖（克隆）”项目在山东省曹县五里墩村悄然拉开序幕，对130头母牛实施了克隆胚胎移殖，结果有12头受体牛“怀孕”，数量之多，居世界之最，2002年1～2月，我国第一批克隆牛相继在五里墩村诞生，它标志着我国成年体细胞克隆牛实现了零的突破。随后，2003年中国农业大学获得了10头体细胞克隆牛，2005年广西大学良种牛南方繁殖中心有体细胞克隆水牛的降生，2006年内蒙古大学获得了体细胞克隆牛和转基因克隆牛；2008～2010年间，内蒙古大学课题组选择了世界顶级的肉牛良种日本和牛种公牛的耳缘细胞为供体细胞，再把这些细胞通过体细胞克隆技术构建成克隆胚胎，有5头克隆犊牛降生；2010年7月，内蒙古大学大动物研究中心与内蒙古科维尔有限公司联手育出转基因克隆肉牛。这种牛因剔除了肌肉生长抑制素基因（Myostatin），从而与其他牛相比产肉量更多，肉质优良［11－12］。

目前，国内的肉牛尤其是优质肉牛产业的发展相对落后，高档牛肉基本依赖进口，其主要原因是我们还没有形成自己的优质肉牛品种。规模化的优秀种公牛的克隆成功，为进行肉牛的快速扩繁提供了优秀的遗传资源，为现存优秀肉牛的快速扩繁提供了技术支持，为我国肉牛的快速育种和转基因动物育种奠定了理论与技术基础。

2.6 肉牛转基因育种技术

1983年小白鼠转基因成功以后，随后各种转基因动物相继出现。1990年，美国Genzyme Transgene公司通过原核显微注射法获得了世界上第1头转基因牛。2005年抗乳房炎转基因牛的诞生，2009年生产高比例的抗原特异性人源抗体的转染色体牛的出生，这些标志着转基因育种进入了新的发展历程。在肉牛育种方面，转基因技术主要应用于提高肉牛的抗病能力和改良肉牛品种以提高肉牛的生产性能［13］。

1）提高肉牛的抗病能力：2004年，日美联手利用基因工程手段培育出对疯牛病具有免疫力的牛，这种转基因牛不携带普里昂蛋白或其他传染性蛋白。2006年，莱阳农学与日本山口大学合作，成功地培育出2头抗疯牛病的转基因奶牛。2007年，Richt研究组通过基因打靶技术将牛的PRNP基因双位点灭活，获得了抵抗疯牛病的转基因牛。2008年，我们国家启动了牛抗病育种转基因重大专项，现已获得转基因牛100多头。

2）改良肉牛品种以提高生产性能：转基因技术可用于改造动物的基因组，提高家畜的经济性状，如加快生长速度，提高瘦肉率，改善肉质，提高饲料利用率和抗病力等。转基因技术用于育种，不仅可以加快改良进程，提高选择效率，而且不会受到有性繁殖的局限。2003年，Brophy等转入β－酪蛋白和κ－酪蛋白基因，由此培育的转基因奶牛所产的奶中β－酪蛋白含量提高了20%，κ－酪蛋白的含量也增加了一倍。人们利用转基因技术把有利基因转移到肉牛中，使肉牛带有外源基因，且能够在后代中表达出来，对肉牛业的发展和人们生活水平的提高有重要作用。2009年，国家转基因肉牛新品种培育重大专项课题组在肉牛实施了转ω－6脂肪酸脱氢酶基因的转基因工作，并获得后代。随着基因工程技术的不断发展，转基因技术将会不断得到完善，这项技术必将在未来的肉牛育种中发挥巨大的作用。

3 中国肉牛遗传育种问题与展望

目前，我国肉牛育种与国际同行相比，存在着过于分散、简单重复、规模小等问题［14］。利用现代生物技术对我国优良的地方黄牛品种进行改良，是培育我国肉牛有效途径和方法。大规模现代研究设施、新技术、新方法已在牛新品种培育及现有品种改良上发挥着越来越重要的作用，因此，我国急需建立一体化的国家肉牛基因育种中心，为扩大规模发展基因育种提供平台。

由于我国存在畜禽遗传资源保护投入不足、设施与手段落后、相关科研工作滞后、缺乏对种质资源特性的深入研究、对地方牛品种优良特性发掘不够、保护与开发利用脱节、缺乏创新机制等原因，造成中国地方牛品种资源流失严重，这对中国和世界遗传资源都是重大损失。与此同时，随着中国市场经济的发展，大量高经济性能外来牛品种的进入，地方牛品种资源的多样性所面临的形势将更为严峻。因此，我国急需建立中国黄牛保护性育种的长久机制。目前，单核苷酸多态性（SNP）分析在牛遗传多样性评估、品种资源的分类、保存和利用方面发挥着重要作用。通过对牛遗传多样性的研究，可以更全面更科学地了解品种的遗传结构、生活背景及其进化历史，探讨牛品种濒危的原因和现状，提出合理的保种措施。

随着分子遗传学、分子生物技术、数量遗传学和计算机技术的飞速发展，针对中国肉牛生长发育性状、繁殖性状、肥育性状、胴体及肉质性状等经济性状开展分子育种技术与常规育种技术结合与应用，并利用克隆和转基因育种新技术，必将进一步加大主效基因的选择力度，加快肉牛育种的进程，提高育种的精确性，促进中国肉牛业的发展。

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