肉牛遺傳育種技術領域相關研究進展

周振勇 李紅波 張楊* 閆向民 李娜 袁理星 崔繁榮 葉治兵

（1，新疆畜牧科學院畜牧研究所 830057；2，新疆肉牛工程技術研究中心 830057）

牛是人們日常生活重要的食物來源，隨著世界人口的增長與經濟發展，肉類生產與消費結構逐步改善。牛及其相關產品的貿易越來越廣泛而深入，自20世紀70年代以來，隨著全球經濟一體化進程的加快，世界范圍內的經貿往來、技術與文化交流日益密切。隨著科技進步，養殖業的生產技術水平顯著提高，主要家畜品種的選育技術明顯加快，育種技術與資源和技術的商業化推廣促進了優良種畜資源與遺傳物質的全球流動，商業化育種企業憑借其資金、技術人才優勢，不斷研發生物高新技術，并實現產業化。牛遺傳育種技術與產業化水平對肉牛業與奶牛業發展起良種支撐作用，相關研究統計，良種對產業的貢獻率約占整體權重的40%。中國牛存欄量在世界排名第一，牛肉產量排世界第三，國內外統計數據與學者研究表明，我國牛種資源豐富，但整體生產力水平相對較低，除個別地方良種外，普遍存在體型小、產肉量低的特點。為提高我國養牛業的整體水平，自上世紀中葉以來，我國部分省區引進國外良種牛加快黃牛改良，先后培育了一批兼用牛種，極大改善了本地牛外貌與體型結構，生產性能也隨著遺傳改良與技術的進步有了一定提高，生產方式與生產模式也隨著經濟發展需要不斷改善。人工授精、胚胎移植等技術在生產中實現了產業化，為牛良種繁育奠定了堅實的基礎。但與發達國家相比，我國肉牛選育改良工作起步時間較晚，基礎相對薄弱。進入90年代以來，以分子生物技術為重要工具的遺傳改良加快了牛的育種，結合生物信息學技術與信息網絡建設，借助計算機實現了廣大范圍、更加精確的計算，信息處理能力不斷提高。常規育種和分子育種均取得了長足發展，人們選擇的準確性也在不斷提高，促進牛繁育工作的快速開展。為緊跟國際學術前沿技術，提高生產力水平與綜合效益，本文在查閱相關數據庫的基礎上總結了2018年度遺傳育種繁殖領域的部分內容，以期為加快肉牛遺傳育種領域相關技術升級與生產技術管理決策奠定基礎。

1 繁殖方面

人工授精技術仍是牛群繁育共性關鍵技術，在以人工授精技術（AI）為主的牛育種工作中，發情檢測和AI 定時仍是一個挑戰。國際上相關學者開展了提高精子質量、活力方面的精液冷凍保存與固定精子逐漸釋放技術，延長AI 后精子的壽命，使精子在較長的一段時間內可用，可使AI 的發生時間提前，提高繁育能力與效率[1]。精原干細胞 (SSCs) 是精子發生的基礎，本年內相關研究表明，家畜精原干細胞移植可提高受贈者內源生殖系睪丸再生精子的能力[2]，這一能力可在畜牧生產中作為一種提高遺傳增益的育種工具加以利用。科學家在育種技術中通過使用基因同源的單卵雙生子，為了增加單卵雙胞胎的產量，用體外產生的胚胎適應二分法增加單卵雙胞胎的產量增強了雙胞胎產生效率，以期望獲得更好的生長性能和胴體性狀，提高育種潛力[3]。

2 育種方面

一是基因組學通過將基因組預測納入傳統的遺傳評估來提高肉牛遺傳改良計劃的效率。隨著基因組選擇的實施，全球肉牛奶牛養殖業在過去一年中發生了巨大變化。在肉牛育種中發揮了作用基于精細QTL 作圖的預測SNP 結合高密度基因型信息標記與識別[4]，通過信息技術將基因組圖譜與表型表現聯系起來，優化并增加選擇強度，提高選擇的準確性、縮短世代間隔，結合基因工程與胚胎移植技術，為生物工程與生殖技術在肉牛業的應用創造新的機遇或可極大的影響肉牛育種結構。二是通過遺傳選擇使牛的免疫和健康水平得到提高，在哺乳動物中，免疫系統由幾千個基因 (占基因組的8%～9%) 調控。識別和有選擇地繁殖具有優良免疫應答能力的家畜可減少疾病的發生，改善相關產品特性，增加農場盈利能力，科學家使用免疫應答技術開展牛免疫應答響應的分類，挖掘不同水平應答綜合生產效益，分高中低免疫應答水平，研究探討母牛育種價值遺傳估計，或將更有益于肉牛業生產[5]。“組學”技術方面取得的進展正在推動一場牲畜選擇和育種實踐的革命。有學者研究探討全基因組亞硫酸亞鐵測序用于家畜DNA 甲基化分析的技術，專家評價認為表觀遺傳機制，包括DNA 甲基化是哺乳動物基因表達調控的重要決定因素[6]。

3 技術整合與生產應用方面

牛胴體相關性狀、大理石花紋評分等經濟性狀肉牛生產有直接重要影響，研究者注重肉質相關性狀與數據的挖掘、整理利用，采用遺傳學方法研究遺傳參數，并估計優良個體種畜的育種值，促使遺傳育種研究的范圍更加廣泛，研究水平進一步深入，提高了遺傳評估的綜合性與準確性，同時借助遺傳學方法與計算機技術，數據處理能力與選擇的準確性不斷提高，本年內國際相關學者研究表明，基于遺傳評價的生產經濟性狀選擇在生產中發揮的作用越來越大，國際肉牛相關育種組織數據表明，以品種協會為主體的網絡信息化平臺促進了國際間生產數據的交流共享與管理信息可追溯性，包括牛群、農場、出生年份和生長性狀、胴體數據等信息的數據庫日益豐富，利用多種算法開展目標性狀的遺傳評估，遺傳參數的動態變化調整加快受益于多維度數據收集整理與生物信息學算法的優化與科學評價。肌內脂肪是肉牛選擇策略中考慮的肉質性狀之一，科學家使用單性狀動物模型 (最佳線性無偏預測和基因組最佳線性無偏預測) 從基因組和家系信息中估計育種值[7]，整體評價為基因組信息將比系譜信息更有益。機器學習方法已經應用于全基因組關聯研究中，用于候選基因的鑒定、上位檢測、基因網絡通路分析和表型值的基因組預測。科學家已開始利用snp 的子集構建基因組關系矩陣 (GRMs)，用于估算基因組育種值(GEBVs)。研究探索隨機森林 (RF）、梯度增強機 (Gradient boost machine，GBM) 和極差梯度增強法 (Extreme Gradient boost，XgBoost) 這3 種機器學習方法在識別SNP 標記子子集以預測育種價值方面的應用并評價了3 種機器學習方法的在基因組預測精度上的優劣[8]。科學家開展了基于種內和雜交訓練肉牛分子育種價值比較，并著力研發和評估跨品種基因組預測技術方法，提高在一個品種中訓練并用于預測不同品種的遺傳優勢的基因組預測器的效果。基因組選擇已成為牛育種的標準工具[9]。

4 展望

隨著國際貿易的競爭力加劇，我國肉牛遺傳育種規劃方案的穩步實施，肉牛遺傳育種技術水平與基礎設施的日益完善，產品需求的多元化可能導致評價方法多樣性，立足我國牛種資源與遺傳的多樣性，通過高新生物技術的方法促進遺傳與育種的高效結合，采用數據信息的共享與聯合育種的實施可能加快肉牛商業化育種與相關技術服務的提高，改善和提高整個行業的科技水平與技術市場的資源要素配置，促進產業技術與經濟的發展。