基于基因组遗传标记的上海白猪(上系)杂交优势预测分析

盛中华，陈国宏，潘玉春，王起山，张 哲

(1扬州大学动物科学与技术学院，扬州 225009；2上海市闵行区动物疫病预防控制中心，上海 201109；3上海交通大学农业与生物学院，上海 200240)

上海白猪是肉脂兼用型品种，具有肉质好、产仔数较多、耐粗饲和胴体瘦肉率较高等优点，已被列入《上海市畜禽遗传资源保护名录》。上海白猪分3个品系，其中上系分布于上海近郊的原上海县。近二十年来，受洋猪种的严重冲击，上海白猪(上系)因没有有效的开发利用，群体规模受到了较大的影响，因此如何利用上海白猪(上系)的优势对其进行合理应用，是本研究的目的所在。

结合引进品种生长速度快、瘦肉率高等特点，充分发挥杂种优势，开发高效的上海白猪(上系)杂交模式是解决上述问题的一个重要突破口。但在育种实践中，根据几个候选亲本确定最优的杂交组合十分困难。主要是因为候选二元、三元甚至四元杂交组合繁多，而且对于评价杂种优势的指标——配合力的测定通常针对的是杂交试验所产生的商品代而言的。如果对于每个可能的组合都进行杂交试验的话，不仅费时，而且费力[1]。所以，采用适当的方法在杂交试验开始之前进行杂种优势预测从而指导杂交试验就显得更加切实可行。

根据数量遗传学的基本理论，杂种优势与两杂交亲本之间的遗传距离成正比，可以利用遗传距离来对杂种优势进行预测[2-3]。随着二代测序技术的飞速发展，基于全基因组范围的分子标记构建遗传图谱更为可靠[4]。常规的基于全基因组数据计算遗传距离的杂种优势预测是利用全基因组标记的平均遗传距离，对某一特定性状而言，我们需剔除和该性状无关的标记，以免影响平均遗传距离的准确性。鉴于此，本研究选用五个引进品种(杜洛克，长白猪、大白猪，皮特兰，巴克夏)和上海白猪所构成的六个候选亲本，利用测序得到的全基因组SNP遗传标记，基于性状特异的杂种优势预测方法，开展上海白猪(上系)的杂种优势预测分析，得到最优杂交组合，为后续的上海白猪(上系)的配合力测定和杂交应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用99头上海白猪(上系)的耳组织样采自上海市闵行区畜禽种场的保种群。引进的品种包括杜洛克(48头)、长白猪(37头)、大白猪(35头)、皮特兰(20头)、巴克夏猪(16头)，共计156个个体。

1.2 SNP遗传位点的获得

基于Illumina公司Hiseq2000平台，采用基因组简化测序技术(Genotyping by Genome Reducing and Sequencing，GGRS)进行双端测序[5-6]。缺失基因型的填补利用Beagle 4.1完成[7]。过滤掉最小等位基因频率(MAF)小于0.05的SNP位点，共获得100 120个SNP，用于杂交优势预测分析。

1.3 性状特异多态位点筛选

1.4 性状特异分子距离矩阵构建

根据各性状对应的 SNP位点的个体间分型信息，计算各杂交组合中两亲本群体的同态相同的概率(Identity by descent，IBS)。假定有k个待杂交优势预测分析的群体，针对一个SNP位点，令qk,l,i为第k个群体内第l个个体该位点的第j个次等位基因的频率(纯合时等于1，杂合时为0.5，另一个等位基因纯合时等于0)。则群体k的第j个等位基因的频率为：

(1)

Ni为i群体的个体数。群体i、j间的同态相同率为：

(2)

a为k位点的等位基因数。假若共有M个SNP位点，则i、j两个群体的平均同态相同率可用M个位点的算术平均，即：

(3)

另外，杂种的生产性能(P)不仅取决于杂种优势部分(H)，也取决于加性效应部分(两个亲本纯繁性能的均值M)，即

P=M+H

(4)

所以最优杂交组合的最终筛选应综合考虑二者。

2 结果与分析

2.1 杂交组合的初步筛选

杜洛克(D)、巴克夏(B)、皮特兰(P)因为纯繁时繁殖性能很差，所以通行做法是只作父系品种——在二元杂交与三元杂交中做终端父本、双杂交中做父系父本或者父系母本。长白猪(L)纯繁时繁殖性能较好，但适应性较差，所以可做各级父本或者父系母本——在二元杂交中作父本、三元杂交中做终端父本或者母系父本、双杂交中作父系母本。上海白猪(上系)(S)纯繁时产仔数较高、适应性较好，同时其瘦肉率也较高所以不仅可以做母本，也可做父本。杂交组合设置如表1所示，并基于初步筛选的结果开展后续的杂种优势预测。

表1 杂交组合的初步筛选

注：S：上海白猪；B：巴克夏；P：皮特兰；D：杜洛克；L：长白猪；Y：大白猪；LS：长白×上海白猪杂交猪；YSSY：大白猪×上海白猪杂交猪上海白猪×大白杂交猪；LY：长白×大白杂交猪；DBBD：杜洛克×巴克夏杂交猪巴克夏×杜洛克杂交猪；DPPD：杜洛克×皮特兰杂交猪皮特兰×杜洛克杂交猪；DL：杜洛克×长白杂交猪；DY：杜洛克×大白杂交猪；DS：杜洛克×上海白猪杂交猪；BPPB：巴克夏×皮特兰杂交猪皮特兰×巴克夏杂交猪；BL：巴克夏×长白杂交猪；BY：巴克夏×大白杂交猪；BS：巴克夏×上海白猪杂交猪；PL：皮特兰×长白猪杂交猪；PY：皮特兰×大白杂交猪；PS：皮特兰×上海白猪杂交猪。√标识为候选杂交组合

2.2 不同组合的杂种优势

(1)二元杂交

二元杂种主要考虑纯种的繁殖性能与肉猪的生长、胴体与肉质、健康。由图1可见杜上(DS)、长上(LS)的杂种优势较高。

(2)三元杂交

三元杂交需要考虑三个纯种和二元杂种母猪的繁殖、健康性状。图2可见长上(LS)较好。

而几种三元杂交的三元杂种肉猪在生长、胴体与肉质、健康三类性状上的杂种优势如图3所示，可见上长大(SLY)最好。

图1 二元杂种肉猪杂种优势预测结果Fig.1 Prediction of Heterosis in two-way crossbreds

图2 三元杂交中二元杂种母猪繁殖与健康性状的杂种优势Fig.2 Prediction of Heterosis of reproductive and health traits for binary hybrid sows in three-way crossbreds

(3)双杂交

双杂交涉及四个纯种繁殖、健康性状及二元杂种公猪、母猪繁殖、健康。结合图4，杜上(DS)、杜长(DL)等公猪较好。

图3 三元杂交肉猪杂种优势预测结果Fig.3 Prediction of Heterosis in three-way crossbreds

图4 双杂交中父代种猪的繁殖、健康性状杂种优势预测结果Fig.4 Prediction of Heterosis of reproductive and health traits of parental hybrid pigs in double-hybrids

双杂交的四元杂种肉猪涉及生长、胴体与肉质、健康三类性状。图5所示：杜长大上(DLYS)最优、杜上长大(DSLY)次之。

图5 双杂交四元杂种肉猪杂种优势预测结果Fig.5 Prediction of heterosis of hybrid pigs in four-way crossbreds

3 讨论

地方猪品种的开发与利用最重要的措施就是进行杂交。杂种优势预测的作用在于杂交试验开始之前就预测出潜在的最优组合，从而大幅降低育种成本。此外，不论哪种杂交方式，都分种猪、肉猪两类群体。对种猪，我们重点关注繁殖、健康性状；对肉猪，重点关注生产、胴体、肉质与健康性状。而合理地整合各类信息，可使预测变得更加准确。随着表型到基因组的研究逐渐增多，QTLdb这样整合QTL定位研究结果的数据库也随之产生，而QTL区段中所包含的基因可能是影响其所关联性状的关键基因。然而，一个QTL的区段往往很长，其包含大量的基因。本研究中，我们应用了元分析的方法，既缩小了QTL的区间范围，也提高了QTL置信度。

杂种优势是由等位基因之间的显性效应和非等位基因之间的上位效应所产生的，后者由于作用方式复杂而不易估计，前者形成的物质基础是杂合子。而IBS是衡量两亲本产生后代在某一位点能形成纯合子的概率，所以IBS与杂种优势应该呈现负相关趋势。性状特异的分子标记在动物育种中的应用也有报道，由性状特异标记构建的相关矩阵使得BLUP方法在全基因组选择的准确性有所提高[10]。由此可见，性状特异的分子标记虽然减少了计算中使用标记的数量，但实际上加入了性状特异这一“先验”信息，提高了估计的准确性。

在实际生产实践中，杂种的生产性能不仅取决于杂种优势部分，也取决于加性效应部分(两个亲本纯繁性能的均值)，所以最优杂交组合的最终筛选应综合考虑二者。比如根据繁殖性状二元杂交的Kinship结果，杜上(DS)、长上(LS)的杂种优势较高。三元杂交方面，从繁殖性能的杂交优势看，LS>YS>LY。LY尽管可能杂种优势较小，但因L、Y两个品种的纯繁性能都很高，故其繁殖性能依然可能很高。由此可见，杂种优势预测的准确性则取决于整合有用的信息的多少，不仅仅需要利用基因组层面的信息，也需要与生产实践的经验相结合，比如杜洛克不做母本等等，利用这些信息，就可以预先排除一些组合。而在分性状探讨杂种优势时，难免会出现不能兼顾几个性状的情况，比如在我们的预测结果中，LS繁殖性能表现较好，而LY与上海白猪(上系)公猪结合后生产的三元杂种在生长性能方面较优，此时就应综合考虑，LY虽然在繁殖性能方面的显性效应较小，但是其加性效应较大，而且在健康性状方面，根据我们的预测结果S×LY也是表现最好的杂交组合。

结合预测分析结果，若考虑繁殖性能与育肥性能，D×LS、D×YS、S×LY这三种杂交组合均可。但从经营管理角度看，若采用上海白猪(上系)作为终端父本，这样上海白猪(上系)母猪用量不大，但公猪用量增多，因而可以在群体数量整体变动不大的情况下，加大了上海白猪(上系)的群体有效含量，对上海白猪(上系)的保种有实际意义。另外，S×LY这一杂交模式中，长大二元杂种因为在市场上存在更为普遍，因而长大二元杂种母猪更容易获得且便于现代化的管理。针对胴体与肉质性能的测定结果，由于西方瘦肉型猪种作为终端父本的优势强于上海白猪(上系)，因而DLS与DYS优于PLY。但综合考虑经营管理、成本、其他性状及当前市场对优质猪肉的需求，S×LY更加值得推广。