全基因组选择育种技术在规模化奶牛养殖场的应用实例

阿 仑，张金文，王学峰，赵 媛，武霞霞，王建华，杨占卿，刘季文，马惠忠，蒙美丽，田 栋

(1.呼和浩特市农牧技术推广中心，内蒙古呼和浩特 010010；2.和林格尔县畜牧业发展中心，内蒙古呼和浩特 011500）

奶牛基因组是一整套遗传物质的总和，也就是全部染色体、全部基因的总和。全基因组选择育种技术就是在全基因组范围内，检测一类遗传标记单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP），利用基因组水平的遗传信息对奶牛个体进行遗传评估，进而进行选种选育的方法。该技术在奶业发达国家已经得到广泛应用，极大地缩短了奶牛遗传改良的世代间隔，节约选育成本、提高选育效率。随着参考群体的不断扩大，基因组检测的准确性也逐步提高，越来越多的牧场将该技术应用于母牛群体。该技术可在犊牛阶段就判断出牛只的遗传潜力，牧场可以通过减少后备牛养殖规模大幅减少养殖成本；在种母牛和种公牛的选育方面，基因组选择育种技术可有效缩短时代间隔，显著降低育种成本[1,2]。

2021 年，依托“高品质奶牛种公牛培育新技术开发应用协同推广项目”，呼和浩特市农牧技术推广中心在本地区选择两家规模化奶牛牧场开展奶牛基因组检测，以筛选高产后备牛。首先，参测牧场积极配合技术团队各项工作，牧场配备牛群管理软件，连续进行生产性能测定 (Dairy Herd Improvement，DHI）工作，保证牧场奶牛全部基本信息都有记录并准确。其次，相应的技术队伍将检测评估报告应用到牧场繁育工作中。技术团队在两家牧场随机选择302 头4～6 月龄左右后备母牛，通过采集尾根毛囊方式提取DNA，委托内蒙古赛科星繁育生物技术股份有限公司进行基因组检测，参考美国奶牛育种协会数据库，获得牧场牛只综合育种值(Integrated Performance Index，IPI）及各单性状估计值。技术人员对两家牧场后备牛生产性能表型值之间的关系进行分析，指导牧场合理选种选配。

1 牧场检测样本整体遗传水平

目前我国规模化牧场和养殖模式同奶业发达国家极为相似，因此对于国内的育种体系而言，综合育种值(IPI）和净效益 (Net Merit，NM）指数都具有很重要的参考意义。表1 列出了两家牧场育种性状评分，通过与美国牧场育种指数相比(见表2），两家牧场当前后备牛群的整体遗传水平，与美国荷斯坦牛群相比处于中等偏上水平(美国牧场IPI 均值为2055），两个牧场参测牛只IPI 平均值分别为2015 和2006，净效益(NM）平均值为120 和119 (美国牧场NM 均值为112）。

表1 参测牧场育种性状评分

表2 参测牧场奶牛育种指数与美国牧场对比

2 牧场已使用冻精分析

检测报告对牧场已使用公牛冻精进行初步分析，并对每个牧场NM、IPI 以及产奶量育种值排名前20 及前50 的牛只及父亲公牛信息进行排序(见表3），发现牧场1 参测牛只的父亲遗传指数相对都不高，如果该牧场想大幅改良后代的遗传品质，需要考虑使用更高TPI 指数的公牛冻精；牧场2 出现频率较高的公牛为513HO03088 和551HO03723，尤其是551HO03723 公牛，其后代关键性能指数平均水平均表现优良；147HO02424公牛虽然IPI 和NM 指数不高，但是后代产奶量育种值很高，这与该公牛本身的产奶量育种值高达1849 有很大关系。牧场如果想大幅改良后代的遗传进展，需要考虑使用更高指数的公牛冻精，同时在选择冻精时除考虑总性能指数(Total Performance Index,TPI）外，还要考虑牧场自身需求进行综合筛选，选择可为牧场带来最大经济效益的公牛。

表3 牧场已使用冻精分析

3 系谱准确率问题

通过亲子鉴定发现，牧场1 中的100 头奶牛里有两头系谱错误，错误率为2%，说明该批次检测牛只系谱档案记录较好；牧场2 中的202 头奶牛里有64 头系谱错误错误率为31.7% (见表4，选取5 头错误父号牛只）。美国商品牧场系谱错误率均值为15%。系谱档案记录是一切育种工作的基础，对于牧场育种工作非常重要，因此牧场需要对系谱档案记录引起足够重视，建议参见基因组检测遗传显示的父亲号对系谱进行更改。

表4 参测牧场牛只遗传显示父亲号及血统鉴定结果

通过基因组检测，可检测出单一奶牛品种血统是否低于90%，是否含有其他奶牛品种的血统，如爱尔夏牛、娟珊牛、更赛牛、荷斯坦牛和瑞士褐牛血统。经测定，两家参测牧场中分别有2 头和13 头牛不是纯种荷斯坦牛，杂交比例分别为3%和6.43% (表4）。

4 育种建议

第一，根据奶牛基因组检测报告，可以针对牧场牛群的短板性状确定遗传改良方向，因为TPI (IPI）和NM 都是美国的国家育种指数，可能不完全符合国内或者本牧场的遗传趋势，而每个牧场由于群体、环境、管理等因素不同，面临的问题和育种目标也不尽相同，因此制定适合自己牧场的育种目标至关重要。可以根据育种值建立本牧场指数，如参测牧场育种指数为：产奶量(15%）+乳蛋白量(20%）+乳脂量(10%）+生产寿命(20%）+女儿怀孕率(15%）+体细胞数(10%）+乳房结构(10%）。

第二，牧场选择冻精时可根据牧场指数来制定选择冻精各性状的最低标准，对前10%的牛只单独选择排名靠前的种公牛冻精，避免遗传倒退。

第三，牧场应持续对后备牛做基因组检测，陆续制定犊牛淘汰或出售计划。基因组检测对于犊牛的早期筛选和核心群划分，应按照参测牛只的IPI、NM 或者牧场自己的指数对牛群进行筛选或划分核心群。建议将牛群划分为高、中、低遗传水平三个等级，IPI、NM 指数排名前10%的可作为胚胎供体等，中间80%可用于性控冻精扩群及常规生产，后10%可作肉用、胚胎移植受体牛或者根据牛只繁殖状况和健康状态决定是否淘汰。

第四，建议牧场将前20%最优质的犊牛作为供体母牛，生产高产奶牛性控胚胎，后20%低产奶牛作为受体母牛，阻断其基因在牛群中的流动，提高利用率，快速提高牛群素质和水平，加快育种进展。

5 小结

基因组检测方法的使用，能够在犊牛阶段便进行预测，可以及早了解牛只个体的遗传水平，预判它是否高产、是否长寿、体型表现是否良好、是否有遗传疾病基因或者其他特异性基因等，以此来方便对牛群进行早期选择。将最优质的犊牛作为供体母牛，生产高产奶牛性控胚胎，将低产奶牛作为受体母牛，阻断其基因在牛群中的流动，提高利用率。这样可以达到快速提高牛群素质和水平，加快育种进展的目的。