加速优秀基因传递开辟动物遗传育种新时代

2016-11-23方美英刘剑锋张勤吴常信中国农业大学

中国农村科技 2016年6期

关键词：荷斯坦公牛准确性

文|方美英刘剑锋张勤吴常信中国农业大学

加速优秀基因传递开辟动物遗传育种新时代

文|方美英刘剑锋张勤吴常信中国农业大学

项目成果：牛、猪全基因组选择技术平台创建与应用

课题单位：中国农业大学

“十二五”国家科技计划项目“基于高密度SNP芯片的牛、猪基因组选择技术研究”，针对家畜产奶、生长和肉质等性状难以选育的技术难题，本课题成功创建了牛、猪基因组选择育种技术平台，实现低成本的早期选育，提高了遗传评定准确性。猪基因组选择技术已在广东温氏食品集团得以初步应用；牛基因组选择技术已被农业部指定为我国荷斯坦青年公牛遗传评估的唯一方法，并入选科技部农业科技成果转化项目。课题研究成果已获北京市科技一等奖、教育部科技进步二等奖、大北农科技特等奖各1项。其中成果“中国荷斯坦牛基因组选择技术平台的建立与应用”已推荐参评2016年国家科技奖评选。

近年来，关于牛、猪生产性能的遗传改良工作一直在积极开展，但所获得的遗传进展逐渐减缓，其原因是传统的选种方式如最佳线性无偏估计法（BLUP）、标记辅助选择等方法对一些性状，尤其是限性性状、低遗传力性状或是活体难以测量的性状，选择准确性较差，性状改良进展缓慢。

全基因组选择(Genomic Selection)是指基于基因组育种值（GEBV）的选种方法，其通过检测覆盖全基因组的分子标记，利用基因组水平的遗传信息对个体进行遗传评估，以期获得更高的育种值估计准确度。全基因组选择，简而言之就是在全基因组范围内的标记辅助选择，一方面它能够捕获性状所有相关的遗传变异，使得选种工作更加高效准确地进行。对于限性性状和低遗传力性状的遗传改良更体现出其优于传统方法的特性；另一方面，通过对参考群体SNP（Single Nucleotide Polymorphism,即单核苷酸多态性）遗传效应的估计，可直接进行育种群个体的基因组育种值（GEBV）估计，从而降低种畜性能测定成本。近年来，随着基因组SNP芯片成本的逐年降低，畜禽的全基因组选择已逐渐从理论研究转向实际应用。

高效发掘优良种质基因

课题在国家十二五科技计划支持下，突破了一些关键技术，取得如下技术成果：

一是成功构建了规模超过3500头的牛基因组选择参考群和1100头的杜洛克公猪参考群体；建立并优化了牛、猪基因组选择应用技术平台。与传统选种方法相比，基因组选择可提高遗传评估准确性12～17个百分点；加快遗传进展0.10～0.25个遗传标准差；目前牛基因组育种值已列为农业部奶牛良种补贴计划考核指标；猪基因组选择技术也已用于广东新兴育种公司种猪的生产实践。

二是提出了更准确、更有效的GEBV估计的TABLUP、BayesT、BayesA+、BayesB+、BayesCpi+等系列新方法，并首次提出了综合性能评价的基因组性能指数GCPI，优化了基因组选择育种值估计分析平台，提高了选种准确性；获得相关软件著作权3项。

三是采用60K全基因组SNP芯片分析了我国五指山小型猪种质特性；进而创建了基于核基因组和线粒体基因组遗传变异的“家猪遗传信息鉴定平台”，实现了种质基因的高效发掘及分子标记的开发；制定地方标准3个，建立产业化示范基地2个。

四是申请国家发明专利15项, 其中授权专利7项; 获得省部级奖3项,发表研究论文33篇，SCI源25篇；课题执行期间，共培养博士12名，硕士28名。

此外，课题组成员利用全基因组关联分析方法筛选了影响猪生长性状的SNPs，并对候选基因进行了功能分析。同时将功能SNPs在后期的芯片设计中加入，扩大补充了芯片信息量。

加速良种繁育进程

2012年，课题成果——中国荷斯坦牛基因组选择技术平台，通过教育部成果鉴定后，被农业部采用。自2012年起，这一成果已连续3年对我国奶牛育种龙头企业-北京奶牛中心和上海奶牛育种中心有限公司的779头青年公牛进行了基因组遗传评估，依据评估结果选择了172头优秀青年公牛作为种公牛在全国推广使用，提前淘汰了607头遗传素质较低的青年公牛。同时，连续3年累计为全国26个公牛站的1547头青年公牛进行了基因组遗传评估，选出了724头优秀青年公牛进入国家良种补贴项目，其冷冻精液已在全国范围内推广，促进了优良基因的快速传递，缩短了世代间隔，降低了育种成本，显著提高了中国荷斯坦奶牛的遗传改良速度，目前已获经济效益13.35亿元，具有重要的社会和生态效应。在未来5～10年内，农业部将继续采用中国荷斯坦奶牛基因组选择技术进行青年公牛的基因组遗传评估，继续在全国奶牛育种中推广应用，通过对优秀公牛及改良后代的使用，还将继续产生间接经济效益，并进一步提高我国奶牛良种覆盖率。

猪全基因组选择技术目前已在温氏集团新兴育种公司和北京猪育种中心开展应用，主要针对日增重性状、背膘厚性状、繁殖性状和饲料转化率性状进行选育。通过全基因组选择技术的应用，大大减少了进行种用测定的种公猪数量，节约了饲养成本，实现了早期选种加快了育种进程。课题还利用高密度SNP芯片对我国热带亚热带小型猪——五指山猪重要遗传资源进行发掘和利用，应用基地包括海南省农业科学院畜牧兽医研究所定安科研基地与海南省海口市琼山区新民林场石鼓岭基地，共有五指山能繁母猪1923头。此外，课题组筛选鉴定的3个与猪繁殖性状相关的基因，也已在恩施黑猪（218头）和大白猪（230余头）等猪种中进行了核心育种群的应用，为发现和培育高繁殖力的地方猪种和商业猪种奠定了坚实的基础。

基因组选择技术的实施，给我国奶牛和种猪育种带来了显著成效，主要体现在：

一是提高了选种的准确性，对于主要性状基因组遗传评估的准确性达到0.67～0.80，与常规系谱指数遗传评估相比，准确性提高了12～25个百分点。

二是大幅度缩短了种畜的世代间隔，尤其在奶牛的育种中，由于青年公牛经基因组遗传评估后即可投入使用，公牛世代间隔由常规育种的6.25年缩短到1.75年，缩短了4.5年。

三是加快了群体遗传进展，由于选择准确性的提高和世代间隔的缩短，使得我国种畜的平均遗传进展得以提高；经过评估，奶牛的遗传进展已加快一倍。

四是大幅度提高了我国种畜育种效益，由于遗传进展的加快和育种成本的下降，该成果自推广以来，在奶牛实际生产中已经产生直接经济效益8650万；同时通过生成优质冻精获得的间接经济效应8280万元。