我国地方黄牛种质资源创新与利用的研究进展

2022-03-16李欣淼张子敬张华刘贤刘武军王二耀雷初朝陈宏黄永震

中国畜禽种业 2022年10期

李欣淼张子敬张华刘贤刘武军王二耀雷初朝陈宏黄永震*

（1.西北农林科技大学动物科技学院，陕西咸阳 712100；2.新疆农业大学动物科技学院，新疆乌鲁木齐 830052；3.河南省农业科学院畜牧兽医研究所，河南郑州 450002；4.农业农村部科技发展中心，北京 100176；5.河南省畜牧总站，河南郑州 450008）

种质资源又叫遗传资源，种质是亲代传给子代的遗传物质，通常留存于一定的品种之中。对于高产及优质品种的选育，种质资源的保存和利用尤为重要，会对畜牧业可持续发展产生影响。种质创新是指对种质做较大难度的改变，将外来品种培育成可以很好适应当地环境，被当地所利用的相关研究。种质创新不仅可以产生新的育种类型，而且可以拓宽遗传基础，是种质资源利用和育种中必不可少的一部分。

中国的气候、地形地貌和海拔梯度都各具特色，作为品种资源最丰富的国家之一，目前共有黄牛品种80 个，其中55 个地方品种，10 个培育品质和15 个引入品种。畜牧生产和可持续发展的基础是种质资源，种质资源满足了未来大型基因库不可预见的需求，这对动物生产和创造新物种非常重要。由于畜牧工作者越来越了解黄牛种质资源，新的相关资源不断被发现、引入和使用。由于人们对高品质肉牛的需求越来越多，我们从国外陆陆续续引入了许多高产肉牛品种对地方黄牛进行改良。生产水平有所提升，但同时产生了一些消极影响，其中最为明显的是有的引入和改良品种会把某些地方优良品种完全取代，使其数量下降，甚至使有些品种处在濒危甚至灭绝。

21 世纪，我国将面临环境、人口及资源等多方面的挑战，随着人口数量的增加和人们生活水平的提高，提高黄牛种质资源优良性的想法日益明确，及时发现并提供新基因对培育优良品种尤其是目前我们所需要的高产、优质和抗性强的品种非常必要。因此，对黄牛种质资源的创新和利用显得相当重要。

1 种质资源利用的传统途径

1.1 地方品种资源的直接利用

从20 世纪80 年代开始，由于农业机械化水平的不断提高，耕牛在农业生产活动中的作用相对减小，中国黄牛的选育方向从“役用为主” 转变为“肉役兼用”。20 世纪80 年代以后，逐渐开始有计划地进行黄牛肉用选育、就地繁育及就地推广。自20 世纪90 年代以来，在农业生产活动中，役用黄牛的养殖量呈下降趋势，养殖效益较差，但在同一时期，由于牛肉市场的蓬勃发展，选择和饲养肉用黄牛逐步得到社会重视[1]。如秦川牛、南阳牛、鲁西牛、晋南牛和延边牛等，通过本品种选育和杂交改良，为我国肉牛产业的发展发挥了重要作用。

1.2 杂交育种技术的普及与优良品种选育

1950 年后，我国杂交育种技术得到快速普及和发展，而且可以独立自主地培育新品种。此后的二十多年，在河南畜牧工作者的不断努力下，成功培育出了我国首个肉牛品种。2007 年6 月29 日，农业农村部发布的第878 号公告声明，中国拥有具有自主知识产权的第一个肉牛品种——夏南牛诞生，自此我国在肉牛品种上不再是一片空白。夏南牛是由夏洛来牛为父本，我国地方良种南阳牛为母本培育出的新肉牛品种[2]。成功培育夏南牛为我国在肉牛培育方面提供了宝贵经验，对开放式肉牛育种进行了技术创新以及更加规范的管理，打破了我国依赖引进国外肉牛和役肉兼用品种的局面。在此之后，我们相继培育出了辽宁白牛、延黄牛和云岭牛等共4 个中国肉牛品种。

1.3 杂种优势的利用

杂种优势的可持续利用是一项系统工程，杂交可以通过优质基因的有效结合，充分利用种群间的互补效应和杂种优势[3]。利用国外优良的肉牛品种与我国地方黄牛品种相结合，来提高地方种群的肉用生产性能，也是我国肉牛生产的主要途径之一[4]。为了使杂种优势得到充分利用，杂交生产是主要的生产方式之一，具体做法是在品种之间杂交，直接应用在商品生产中。理论上讲，杂交后代可直接育肥出栏，不能作为种用，但杂交后代母牛可以用来进行更为复杂地再繁殖。目前，我国养牛业对杂交改良工作的主要原则是选育原种、扩繁良种、推广杂种和培育新品种。在对当地黄牛品种资源进行杂交改良时，应把“点上保种选育提高，面上杂交改良开发” 这一原则放在首位来开展后续工作[5]。

2 生物技术在种质资源创新与利用中的应用

随着现代科学技术的进一步发展，近十年来，种质资源的创新与利用的相关工作已经逐步开始使用分子标记技术、转基因技术等现代生物技术，生物技术的使用将会大大缩短开展相关工作的时间，工作效率显著提高。

2.1 分子标记辅助选择技术

分子标记辅助选择（Molecular Markers Assisted Selection，MAS）技术的利用提高了生产性状，为寻找目标性状，特别是和经济性状相关的遗传基因提供了方法。发展分子育种是发展养牛业、缩短与发达国家及同行业差距的必经之路[6-8]。时间长以及预后差是传统育种方法的突出特征，如果持续在育种工作中使用传统手段，取得突破的可能性会很低。MAS 有效弥补了传统选择技术手段的缺点，并且在准确度上有了显著提高，品种改良有可能达到较高的增长率，同时可以保持原品种牛肉的良好品质，因此，在黄牛品种改良中可以大规模使用。在育种时，传统方法与MAS 结合使用是黄牛改良行之有效的基本措施[9]。在奶牛上，可以将分子标记辅助选择技术应用于产奶量的性状寻找上，可能达到较高的产奶量，可以被广泛应用。

2.2 全基因组选择育种

与MAS 相比，使用全基因组进行选择育种具有前所未有的优势，各地可以选择识别、检测及评估有关基因的变体与其基因组的遗传效应，而MAS 只能简单地识别某些基因变异，容易过高地估计识别基因的遗传效应；全基因组的另一个突出优点是允许畜牧工作者提前获得含有高质量DNA 片段的牛。因此，为了保证育种值估计的准确性，整个基因组的选择可缩短时间，加快遗传改良进程，提高效率，降低研究成本[10]。目前，在奶牛育种中已经广泛使用全基因选择技术，而且在肉牛中也开始尝试此方法，但从应用结果看，此技术很难有效地进行广泛利用。随着单核苷酸多态性位点（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）检测技术的改进和成本降低，全基因组选择已经成为继最佳线性无偏预测法（Best Linear Unbiased Prediction，BLUP）和MAS 之后新的育种方法[11]。

2.3 体细胞克隆技术

动物克隆是一种无需受精即可获得新生个体的方法，可以根据克隆的发展被分为两大类——克隆胚胎细胞和克隆体细胞。多莉是世界上第一只体细胞克隆羊，于1997 年诞生，标志着体细胞克隆的突破，也是哺乳动物核移植的重要一步。从那时起，各种体细胞克隆动物相继出现，到目前为止，已有数千头体细胞克隆牛在世界各地诞生。动物克隆技术是将两者结合起来，使群体优良基因频率提高，扩大优良母畜对遗传育种的贡献，使育种速度有所提升。与优质肉牛产业国家相比，中国的肉牛产业相当落后，由于我们没有属于自己的优质肉牛品种，所以现在主要依赖进口高质量肉牛来丰富优质肉牛品种。若可以规模化成功地克隆出优质种公牛，会为优质品种扩繁提供优质资源以及技术支持，为转基因牛和动物的快速饲养奠定基础。

2.4 转基因技术

转基因技术是指使用技术手段将外源基因导入所需动物的基因组中，从而实现对重要经济性状的改良。1983 年，由于转基因小白鼠的成功培育，相继出现了各种转基因动物，美国Genzyme Trans-gene 于1990 年利用原核显微注射法培育出世界上第一头转基因牛。在肉牛育种方面，转基因技术主要被应用到提高肉牛抗病力和改良肉牛品种以提高肉牛生产性能中[12]。在奶牛育种方面，转基因奶牛的抗病力大大提升，生产性能也有所改良，同时可以改善牛奶中的营养成分。动物经济特征可以在转基因技术下得到改善，转基因技术在育种领域不仅可以加速改善进程，提高生殖效率，使生殖不仅仅局限于有性生殖。

2.5 基因编辑技术

基因编辑是指对目的基因进行插入或移除的精准定点修饰操作，模拟基因的突变或对原有基因组进行修饰，包括对DNA 序列的替换、插入、删除等。DNA 损伤的修复机制以及由此引发的DNA 结构变化研究已经成为有针对性的基因编辑的基础[13]。基因编辑技术既可以由人工核酸酶介导也可以由RNA 引导，包括对基因序列的修改、外源基因的导入整合以及特定基因的剔除等。基因编辑技术对动物模型构建、动物育种、临床治疗等方面都有极大的优势。Richt 等敲除了牛的PRNP 基因，使其脑部PrPC 蛋白表达显著下降，对朊蛋白造成的疯牛病起到了有效预防[14]。Yu 等在应用ZFN 技术敲除牛乳中具有致敏性的β-乳球蛋白（β-lactoglobulin,BLG）基因，提高了牛奶的营养价值[15]。

3 种质资源创新与利用的发展趋势

中国种质资源十分丰富，但目前所利用的资源只占所有种质资源的3%～5%，而且绝大多数资源没有得到有效利用。如今，与国际同行相比，中国畜牧业技术存在过度分散、养殖规模较小、简单重复等问题。品种改良和种质资源利用是我国养牛的一种有效方式，也是一种利用现代生物技术改进我国当地黄牛品种的有效方法。现代大规模的研究设备、新技术和新方法在培育肉牛新品种及改进已有品种方面发挥了越来越大的作用。如果我国种质资源过去的工作重心在于收集和保存，未来肯定会变为研究和使用。若只是使用常规手段，那么得到预想结果的周期会很长，同时存在结果缺乏可预见性以及精准度低等问题；此外，尽管野生物种遗传基础丰富，而且有较多的优良基因，但由于野生动物通常具备连锁特性的不良基因，并且外源基因的导入和表达需要很高的技术水平，操作起来更加困难，所以对野生动物优良基因的利用十分困难。常规的资源鉴定方法和育种技术难以应对未来我国人口对牛肉数量和质量需求的转变，因此，将新的生物技术与常规鉴定相结合非常必要，通过两种技术的结合在种质资源中发掘好的基因，克隆出新的优良基因，建立基因文库。通过将新的生物技术与传统基因多样性结合起来，通过遗传特征研究不同优良基因，为新基因的复制提供坚实的科学基础，使肉牛资源在人类生活中充分发挥作用。