全基因組選擇在豬育種中的研究進展

宋志芳，曹洪戰，2*，蘆春蓮，2

（1.河北農業大學動物科技學院，河北??保定??071000；2.河北農業大學豬業科學研究所，河北??保定??071000）

全基因組選擇在豬育種中的研究進展

宋志芳1，曹洪戰1，2*，蘆春蓮1，2

（1.河北農業大學動物科技學院，河北??保定??071000；2.河北農業大學豬業科學研究所，河北??保定??071000）

目前，隨著分子生物學技術和遺傳學的不斷發展，動物育種方法從傳統的數量評估方法，逐漸向全基因組選擇法評估育種值轉變。全基因組選擇是動物育種的一次革命，利用全基因組遺傳標記信息對個體進行遺傳評估，能大大縮短育種間隔，提高遺傳進展，已然成為動物育種研究的熱點。該文主要對全基因組選擇在動物育種中的應用及展望做一個簡述。

全基因組選擇；動物育種；單核苷酸多態性；數量性狀位點

中國擁有豐富的地方豬種資源，據2012年最新統計，中國擁有地方豬品種88個。地方豬具有其天然優勢，比如耐粗飼、繁殖力高、肉質好等，所具有的優點是無可替代、獨一無二的［1］。我國是世界上的養豬大國，有著悠久的歷史，同時也是種豬的進口大國，進口國外優良高品質的種豬，新美系杜洛克，丹麥的長白豬、英國的大白豬等。這種長期依賴進口的根本原因是我國缺乏相關的育種技術和人才。隨著人們生活水平的不斷提高和消費觀念的改變，對豬肉的需求也從脂肪型豬向瘦肉型豬轉變，對肉質提出了更高的要求。市場的需求就是豬育種應該努力的方向。我們應該充分利用我國豐富的地方豬種資源，采取更有效的措施進行保種和育種工作。傳統的育種方法周期較長，消耗大量的人力、物力和財力，短期內很難完成優良品種的培育，而且保持優良品種的優良特性也比較困難。

1　動物育種值估計方法的歷史

在20世紀70年代，選擇指數法被廣泛應用于各種家畜的個體遺傳評定，包含了單性狀和多性狀、單信息和多信息等各種情況，在理論上，它的理論比較完善，選擇效率也相對較高。但是在實際動物育種過程中，選擇指數法很難達到理論上的預期效果，有時差異很大。因為它有比較嚴格的應用前提條件，因而也存在著缺陷。如果實際應用中能夠滿足前提條件，在雞、豬等的場內遺傳評估中，利用選擇指數也能夠得到較好的選擇效果。自20世紀80年代以來，隨著數理統計學，特別是線性模型理論、計算機技術等領域的迅速發展，動物育種值的估計方法也從根本上發生了變化。美國育種學家C.R.Henderson等人發展起來的BLUP（最佳線性無偏估計）使得動物遺傳育種的理論與實踐進入了一個新階段，是估計育種值的可靠方法。BLUP在本質上就是選擇指數的擴展，既可以估計育種值又可以估計和校正系統環境效應，從而提高估計的準確性［2］。但是應用這個方法有一個基本假設：在不影響觀察值的系統環境效應或者這些效應是已知的，從而可以對觀察值進行校正。即使基本假設不成立，它的估計值也是理想的。由于計算技術的限制，1948年Henderson提出時，并未真正運用到育種實踐中去。到了20世紀70年代，隨著計算機技術的高速發展，能夠處理大量數據，使得這一方法得以運用到實際生產。利用BLUP法估計動物的育種值逐漸得到普及和應用，已經成為世界各國家畜評定的規范方法。

2　數量性狀位點與標記輔助選擇

20世紀80年代以來，出現了新的研究領域-分子數量遺傳學，將分子生物學和數量遺傳方法相結合，研究QTL（數量性狀基因座）與MAS（標記輔助選擇）的理論和方法。分子數量遺傳學的完善和發展，給動物育種帶來一次新的飛躍。1990年，Thompson為標記輔助選擇下了一個定義：把分子遺傳學方法和人工選擇相結合達到農藝性狀最大的遺傳改進。人們進一步將MAS定義為以分子遺傳學和遺傳工程為手段，在連鎖分析的基礎上，運用現代育種原理和方法，實現農藝性狀最大的遺傳改進。分子標記輔助選擇具有明顯優勢：能顯著改良遺傳力低的生產性狀，如豬產仔數，為其選擇提供新的方法和途徑。對于費用昂貴（如抗病性）、在發育早期難以測定的表型值（如瘦肉率）或限性表現（如產奶量）的性狀，也能夠衡量；選擇可以不受性別的限制，如繁殖性狀；可以早期選擇，如繁殖性狀和胴體性狀；大大節省成本［3］。

數量性狀位點是指占據一特定染色體區域的微效多基因群，可能控制某個經濟性狀，并存在與某個易于檢測的DNA分子標記緊密連鎖的可能性。因此，當今世界豬遺傳育種研究的焦點是利用分子生物學技術探測豬DNA標記來分析遺傳標記與重要經濟性狀的遺傳連鎖關系［4］。

3　全基因組選擇概述

3.1全基因組選擇的基本概念

為了進一步剔除環境效應，提高估計育種值的準確性，T.H.Meuwissen提出了全基因組選擇這一種新的標記輔助選擇方法［5］。全基因組選擇的基本概念：是全基因組范圍內的標記輔助選擇，主要通過全基因組中大量的標記信息，估計出不同染色體片段的育種值并進行標記［6］。其選擇理論是主要利用連鎖不平衡信息，要求標記密度足夠高，以

使所有的數量性狀位點與標記處于連鎖不平衡狀態。全基因組選擇率先應用于奶牛，已經取得成功，并成為奶牛的常規育種方法，給奶牛場帶來非常可觀的收益。全基因組選擇法具有很大的優勢和潛力：1）能夠捕獲基因組中的全部遺傳變異，提高選擇的準確性；2）可以不依賴表型信息；3）對于遺傳力低、難以度量的性狀更具有優勢；4）縮短育種年限，大幅度提高遺傳進展。目前豬的基因組測序已經完畢，隨著SNP（單核苷酸多態性）芯片的商業化，全基因組選擇法顯然成為豬育種領域的一個熱點和最新的育種方法，是未來豬育種工作的新技術，將極大地推動我國豬遺傳改良和遺傳進展。

3.2影響全基因組選擇的因素

性狀遺傳進展的快慢主要取決于全基因組選擇的準確性，而影響其準確的主要因素有：1）SNP的密度和位置。全基因組選擇要求高密度的標記，可以保證至少有一個標記與QTL處于緊密連鎖，因此，覆蓋全基因組的標記密度越高，則與影響目的性狀基因的LD（不平衡連鎖）值越高［7］。2）遺傳力。用全基因組法可以提高目標性狀的準確性，對于低遺傳力的性狀也是如此，但是要提高低遺傳力性狀的準確性，需要更多的表型數據，研究表明，遺傳力越高，GEBV（遺傳估計育種值）的準確性越高［8］。3）有效參考群體的數量。基因組評估育種值分析的第一步就是通過參考群體估計出不同染色體片段的效應，也就是說參考群的規模能直接影響候選個體的GEBV的準確性。

4　全基因組選擇在豬育種的應用情況

4.1全基因組選擇在豬育種中的研究

大量的實驗數據和研究表明利用豬60KSNP芯片得到的GEBV具有很高的準確性。在生長性能方面，O.F.Christensen等利用豬60kSNP芯片選擇丹麥杜洛克豬的日增重和飼料轉化率時，發現和傳統育種方法相比，GEBV的準確性要高［9］。在肉質方面，E.Gjerlaug-Enger等利用豬60?k?SNP芯片對長白和杜洛克豬的肌間脂肪進行全基因組選擇，GEBV的準確性明顯比傳統選育方法高［10］。H.Simianer研究表明，全基因組選擇可以極大地提高母豬產仔性能的遺傳進展［11］。

我國一些高校和科研單位也對全基因組選擇在豬育種方面的應用做出了探索和努力。石玉珍等人提出了一種新型混合低密度（MLD）芯片技術，并且討論了MLD芯片在基因組選擇育種中的應用前景。經過研究和比較得出MLD芯片的基因組選擇提高了準確性。隨著芯片密度由1?k增加到12?k，各芯片的填充準確性均增加。王敏等人研究了豬全基因組范圍內miRNA靶基因種子序列中SNP的篩選和驗證，產生的新的SNP位點可以提供新的分子標記用于豬的育種改良。孫博興，白春艷等人研究了豬剩余采食量高低分化選擇與全基因組關聯分析，期望建立飼料效率分化品系，并對分化群體進行全基因組關聯分析，探討提高豬飼料效率的育種策略。李伯江，吳望軍等人研究了利用全基因重測序技術對影響豬肌內脂肪的關鍵候選基因及變異位點進行鑒定，研究結果為深入開展肌內脂肪形成的分子調控機制，以及分子標記技術的研發奠定理論基礎。

4.2全基因組選擇在生產實踐中的應用

最近幾年，全基因組選擇法在奶牛育種中取得成功后，也成為豬育種的一個熱門話題，是目前遺傳育種改良的最先進的估計方法，很多知名豬育種公司已經把全基因組選擇當作一種新的育種手段［12］。比如PIC種豬改良公司，是世界上最早專業從事種豬改良的公司之一。經過50年的發展，PIC年銷售種豬300多萬頭，并對pH、大理石紋、肌內脂肪含量等肉質指標進行選育，對產仔總數、生長速度、采食量和眼肌面積性狀進行選擇。我國率先用全基因組選擇進行育種的是廣東溫氏食品集團，主要針對日增重、肉質等性狀進行選擇。然而，由于全基因組選擇法進行動物育種改良成本較高，對于中小型育種場來說，如果測試群體較大，會造成很大的經濟壓力，所以還沒有得到普及。

5　展望

我國是豬生產和消費大國，人們對豬肉肉質也提出越來越高的要求，豬育種主導著生豬產業的發展。目前，我國規模化養殖快速發展，小規模的養豬場逐漸被收購，生豬產業已經逐漸進入微利時代，使得生豬市場競爭愈發激烈，所以全基因組選擇法既是機遇也是挑戰。隨著生物科學技術的發展，尤其是分子生物學，使得全基因組選擇應用于實際成為可能［13］。目前的測序成本相對較高，一般的豬場很難承擔高昂的費用。即使可以利用全基因組選擇法選育出優質的種豬，因為成本太高，很多種豬場也不愿意嘗試，就算成功選育出了優質種豬，它的利用年限也比較短，利用空間小。我國的地方種豬場比較分散，缺乏信息交流。所以，我國需要開展聯合育種，建立信息平臺，這將利于全基因組選擇方法取得良好的遺傳進展。

［1］?陳瑤生，王健，劉小紅，等.中國生豬產業新趨勢［J］.中國畜牧雜志，2015，51（2）：8-14，19.

［2］?郝懷志，昝林森，劉丑生，等.13個綿羊品種的遺傳多樣性分析［J］.西北農林科技大學學報：自然科學版，2009，37（3）：7-14.

［3］?俞沛初.種豬育種與養豬產業化［J］.動物科學與動物醫學，2005，22（7）：（63）.

［4］?李祥龍，田慶義，孫乃權，等.唐山奶山羊隨機擴多態DNA與體重體尺相關性研究［J］.河北農業技術師范學院學報，1999（1）：2-7.

［5］?MEUWISSEN?T?H，HAYES?B?J，GODDARD?M?E.Prediction?of?total?genetic?value?using?genomewide?dense?marker?maps［J］. Genetics，2001，157（4）：1819-1829.

［6］?馮春剛，胡曉湘，趙要風，等.全基因組選擇及其在動物育種中的應用［J］.中國家禽，2008，30（22）：5-8.

［7］?G O D D A R D?M.G e n o m i c?selection：prediction?of?accuracy?and?maximisation?of?long?term?r e s p o n s e［J］.G e n e t i c s，2 0 0 9，?136（2）：245-257.

［8］?CLEVELAND?M?A，HICKEY?J?M，FORNI?S.A?common?data?set?for?genomic?analysis?of?live?stock?populations［J］.G3：Genes|Genomes|Gene tics，2012，2（4）：429-435.

［9］?CHRISTENSEN?O?F，MADSEN?P，NIELSEN?B，et?al.Single-step?methods?for?genomic?evaluation?in?pigs［J］.Animal，2012，6（10）：1565-1571.

［10］?Gjerlaug-Enger?E，?Nordb???，?Grindflek?E.?Genomic?selection?in?pig?breeding?for?improved?meat?quality［C］//10th?World?Congress?on?Genetics?Applied?to?Livestock?Production.?Asas，?2014..

［11］?SIMIANER?H.The?potential?of?genomic?selection?to?improve?litter?size?in?pig?breeding?programmes［C］.In?Proceedings?of?the?60?th?Annual?Meeting?of?the?European?Association?of?Animal? Production.Barcelona：Wageningen?Academic?Publishers，2009.

［12］?HAYES?B?J，DAETWYLER?H?D，BOWMAH?P，et?al.Accuracy?of?genomic?selection：comparing?theory?and?results［J］.Proc?Assoc?Advmt?Anim?Breed?Genet，2009，18：34-37.

［13］?王晨，秦珂，薛明，等.全基因組選擇在豬育種中的應用［J］.畜牧獸醫學報，2016，47（1）：1-9.

2016-4-17）