豬育種技術研究進展

任慧波，朱 吉，崔清明，鄧 緣，劉瑩瑩，胡雄貴，李華麗，陳 晨

（湖南省畜牧獸醫研究所，湖南 長沙 410131）

豬的育種工作是一個復雜的系統工程，其根本目的是利用豬豐富的遺傳資源，采取科學有效的選育方法，選育出適合市場需要的優良種豬，建立完整的雜交繁育體系，提供經遺傳改良的良種豬，并使其發揮出最大的遺傳潛能，實現高效優質的養豬生產。

隨著人們生活水平的提高、豬育種理論研究的深入和科學育種技術的不斷進步，豬的育種已從群體水平進入分子水平，從傳統育種方法向基因型育種方向發展。育種技術的進步推動了豬育種進程，提升了育種效率，促進了養豬產業發展。本文就豬的主要育種技術進行了綜述。

1 常規育種技術

1.1 性能測定技術

隨著概率論、線性代數、多元統計、計算機技術和超聲技術的發展與應用，使得某些數量性狀的表現值如生長速度、背部脂肪厚度、瘦肉量等可以通過隨機抽樣來測定，并借助數學模型來分析研究遺傳參數，預測遺傳動態，指導育種工作。由此可見，數量遺傳學理論的發展完善催生了種豬測定，種豬測定結果的應用成就了育種新技術新方法的發展與應用[1]。種豬性能測定起源于丹麥。1907年，丹麥首創了豬的測定站，對豬實行后裔測定制度。

種豬性能測定是提高種豬質量，為遺傳評估和育種提供科學數據的一項重要技術手段，是育種的基礎[2]。

種豬性能測定的方法可分為個體性能測定、同胞測定和后裔測定。個體性能測定是指對需要估計性能素質的個體直接進行測定。同胞測定是指對需要估計性能素質個體的半同胞和全同胞進行測定。提高測定的同胞數可以改善測定的可靠性。采取后裔測定會使世代間隔加長，而且測定能力有限，這將影響性狀的年遺傳改進量。目前，世界各國多采用個體性能測定與同胞測定，或個體性能測定與后裔測定相結合的綜合測定制度。

種豬測定從測定場所的角度可分為中心測定和場內測定。中心測定的目的是在相同的環境條件下比較來自不同種群的公豬。通過這樣的比較，可增加不同群體間遺傳的聯系，提高國家或地區性遺傳評估的準確性。主要測定性狀包括：30～100 kg平均日增重、平均飼料轉化率、達到100 kg體重活體背膘厚、眼肌面積。場內性能測定是遺傳發育體系中最關鍵的組成部分，適用于豬繁殖性能和生長性狀的測定。主要測定性狀包括：個體達100 kg背膘厚、100 kg日齡和總產仔數。場內母豬生產力的測定有助于生產者管理其豬群，產仔數遺傳評估可識別群體中最好的母豬和公豬[3]。

1.2 遺傳評估技術

最佳線性無偏預測（best linear unbiased prediction,BLUP）方法是選擇指數法的一個推廣，可以在估計育種值的同時對系統環境效應和群體間固定遺傳差異進行估計和校正。

20世紀80年代中后期，BLUP法開始用于豬的遺傳評估，大大提高了遺傳改良的速度。如加拿大1985年開始應用BLUP法以來，背膘厚的改良速度提高了50%，目標體重日齡的改良速度提高了100%～200%，2個性狀的年遺傳進展分別為0.35 mm/年及1.5 d/年。此外，美國、丹麥、荷蘭等國也主要應用BLUP法估計豬育種值；一些著名的育種公司如PIC、DEKALB等，也應用BLUP法進行種豬的選擇。我國1996年開始在部分種豬場中使用BLUP育種值估計方法，2000年在全國種豬遺傳評估中推行。選擇基本性狀有3個：達100 kg體重日齡、達100 kg體重活體背膘厚和總產仔數。BLUP法在我國豬育種中已取得很好的應用效果，如重慶市種畜場/重慶華牧集團應用動物模型BLUP估計育種值選擇法系大白豬，在日齡、背膘厚和總產仔數上的5年總體遺傳改進分別為0.325、0.101和0.104[4]。

隨著計算機技術的迅速發展及在豬育種中的應用，目前用于種豬遺傳評估的方法越來越多，多性狀動物模型BLUP法是發達國家普遍采用的先進、科學的評估方法，為此，國內外開發出相應的計算機軟件，如PEST、MTEBV、GENESIS等，用于場內和地區性的遺傳評估。

2 分子育種技術

2.1 豬基因圖譜的構建

基因圖譜是描述表型性狀控制基因在染色體上線性排列的相對遺傳位置和實際物理位置的圖譜，一般包括遺傳連鎖圖譜和物理圖譜；隨著理論和技術的發展，基因圖譜還包含了表達圖譜和轉錄圖譜等。其中，遺傳連鎖圖譜又稱遺傳圖譜或連鎖圖譜，是在參考家系的基礎上，通過分析分子標記間的連鎖關系而得到的，標記間的遺傳距離以厘摩（cM）為基本單位，反映了標記在染色體上的相對位置；物理圖譜則是在遺傳圖譜基礎上，通過區間定位等方法確定基因或標記在染色體上的實際物理位置，標記間的物理距離以堿基對數（bp）為基本單位，反映了標記在染色體上的絕對位置[5]。

動物基因圖譜是動物基因組結構和功能研究以及數量性狀座位（QTL）定位研究的基礎，也是動物育種的主要依據和手段。通過基因圖譜可了解其生產性能、抗病力、抗應激能力等諸多性狀的基因結構與功能，采用標記輔助選擇或基因型選擇法改良畜禽，通過反求遺傳學分離或處理某些重要基因，研究不同動物基因組型及進化關系等[6]。

分子標記技術的迅速發展極大地促進了基因圖譜的構建。豬基因圖譜構建工作始于20世紀80年代末、90年代初，主要集中在歐洲和美國。我國在20世紀末啟動了家豬基因組計劃，成功構建了豬的基因圖譜。

2.2 經濟性狀主效基因和QTL定位

數量性狀座位（quantitative trait loci,QTL）的概念是由Geldermann（1975年）最先提出的，指控制數量性狀的基因在基因組中的位置，是影響數量性狀的一個染色體片段，是對某一數量性狀有一定決定作用的單個基因或微效多基因簇[7]。

豬的大多數重要經濟性狀如生長、繁殖、肉質等性狀屬于數量性狀，其受微效多基因控制并呈現連續性變異分布，遺傳基礎復雜，且易受到環境影響，表現型難以準確鑒定。長期以來，只能借助數理統計的方法進行分析。隨分子標記技術的出現和發展，動物遺傳連鎖圖譜和物理圖譜的日臻完善，各國科學家利用精心設計的用于基因分離的資源家系群體，通過基因組掃描技術，已定位了眾多影響生長性狀、胴體性狀、繁殖性狀、肉質性狀QTLs。

截至2018年6月，數據庫Animal QTLdb中已囊括了663個豬經濟性狀共27 465個QTLs；其中，肉質和胴體性狀14 748個、健康相關性狀6 074個、繁殖性狀2 058個等。在大量的豬QTL中，主效基因或QTL主要有：肉質相關的HAL、RN基因，產仔數性狀相關的 ESR、FSHβ、PRLR、RBP4 基因，影響肌內脂肪沉積的H-FABP和A-FABP基因，影響生長發育的GH、MC4R、IGF1和IGF2基因等。其中HAL、ESR、FSHβ等基因已經成功應用于我國豬育種實踐。

2.3 標記輔助選擇

標記輔助選擇（marker assisted selection,MAS）就是利用傳統常規育種與現代分子生物技術相結合的方式，對特定主效基因或數量性狀基因座位在遺傳標記輔助下區分其基因型。其基本路線是：尋找包含QTL的染色體片段（10～20 cM），標定QTL的位置（5 cM），找到與QTL緊密連鎖的遺傳標記（1～2 cM），在這些區域內找到可能的候選基因，尋找與性狀變異有關的特定基因，尋找特定基因的功能位點，在遺傳標記輔助下準確地對特定性狀進行選擇[8]。

在豬育種實踐中實施標記輔助選擇時，可利用的分子標記一般分為3種類型，一是直接標記，這類標記位于目標性狀的主效基因內，直接決定著性狀的表達，如氟烷基因。這是最理想的一種標記，即基因輔助選擇。二是連鎖不平衡標記，這類標記與真正控制目標性狀的QTL處于高度連鎖不平衡狀態，它們與功能突變位點的連鎖相在不同群體中是大致相同的。三是連鎖平衡標記，它們與功能突變位點在群體范圍內往往處于連鎖平衡狀態。

標記輔助選擇與常規選種方法相比，具有更大的信息量，同時不易受環境的影響，且沒有性別、年齡的限制，因而允許進行早期選種，可縮短世代間隔，提高選擇強度，從而提高選種的效率和準確性質，尤其是對限性性狀、低遺傳力性狀及難以測量的性狀，其效果更為明顯[9]。

2.4 全基因組選擇

全基因組選擇（genomic selection,GS）由Meuwissen等于2001年最先提出，其實質為全基因組范圍的MAS。全基因組選擇的理論基礎是應用整個基因組的標記信息和各性狀值來估計每個標記或染色體片段的效應值，然后將效應值加和即得到基因組育種值（GEBV）[10]。

與MAS相比，GS的優勢主要表現在早期選擇準確率高；對于較難實施選擇的性狀，如低遺傳力性狀和難以測定的性狀等具有重大影響；能控制選配、減少群體近交、縮短世代間隔、提高遺傳進展等。

豬基因組測序的完成和豬高密度單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphisms,SNP）芯片的產生，給豬基因組選擇的應用提供了條件。自2010年以來，世界各國的豬育種工作都開始嘗試將全基因選擇作為新的育種手段加以應用。PIC公司對產仔總數、生長速度、采食量和眼肌面積等不同性狀進行了全基因組選擇，其GEBV估計的準確性是常規方法的兩倍[11]。2012年，TOPIGS公司宣布將全基因組選擇技術應用于豬育種中，對公豬膻味、飼料轉化率等性狀進行選擇，以期改善其肉質，提高種豬的競爭力；同年6月，該公司宣布在種母豬的育種中全面開始使用全基因組選擇技術，以期提高種豬繁殖力。在國內，廣東溫氏集團于2011年在我國率先啟動豬的基因組選擇研究[12]。2013年，我國首例采用全基因組選擇技術選育的1頭杜洛克公豬誕生。

3 繁殖生物技術

3.1 人工授精技術

豬人工授精技術體系主要包括種公豬精液采集、稀釋、保存（液態和冷凍保存）和人工輸精等多個環節。

豬精液保存方法主要有液態保存和冷凍保存。液態保存精液分為常溫（15～17℃）和低溫保存（4～5℃）兩種，即精液采集后與稀釋液以一定比例作等溫稀釋，然后緩慢降溫至特定溫度區間并保持恒溫，液態精液使用受時間和空間限制。與液態精液保存相比，豬精液冷凍保存操作相對較復雜、要求的技術較高，理論上可突破時間和空間的限制。豬人工授精技術從20世紀50年代開始在世界各地廣泛應用，到目前為止，主要的精液保存方法還是用液態保存法。近年來，隨著科技的進步，研究者們終于探索出針對豬精液和精子特性的濃縮、降溫平衡和解凍工藝；在目前非洲豬瘟疫情形勢嚴峻的大背景下，豬冷凍精液開始受到豬育種和生產企業重視和青睞，極大地推動了其商業化生產和應用進程[13]。精液冷凍保存技術的應用，大幅度提高了優良種公豬精子利用率，從而獲得了數量可觀的種公豬后代，擴大了其在豬群遺傳改良中的作用，也促進了人工授精的推廣與應用。

利用人工授精技術，不僅可實現大規模數量的適配母豬個體在特定時間里面統一配種，便于現代化豬育種場的管理，降低育種成本；而且有效提高了豬精液的使用效率，提高了母豬受胎率和繁殖率，充分發揮了優秀種公豬的效能，使得優良種豬遺傳基因的遺傳擴大，而且加速了豬品種的改良步伐[14]。

3.2 克隆技術

克隆是指生物體通過體細胞進行的無性繁殖以及由無性繁殖形成的基因型完全相同后代個體組成的種群，這門生物技術叫做克隆技術。

在20世紀50年代，非洲爪蟾（兩棲動物）被成功地克隆，揭開了細胞生物學的新篇章。1997年，綿羊多利克隆成功震動了整個世界，也拉開了哺乳動物體細克隆的序幕[15]。2000年，世界第1頭成年體細胞核移植克隆豬誕生[16]。2005年8月5日，我國首例體細胞克隆豬由中國農業大學研究團隊以小香豬胎兒體細胞作為核供體，歷經1年半的時間在河北三河明慧豬場誕生。

克隆技術對于選育優良品種及瀕危動物的保護等方面具有廣闊的應用前景。

4 基因工程技術

4.1 轉基因技術

動物轉基因技術是通過基因工程技術把某一特定基因導入動物細胞里，并通過整合到受體細胞的基因組中，使該動物獲得該基因的遺傳特性，從而改造動物品種，獲得人類所需要的特定動物的一種技術[17]。

1985年，Hammer等首次將人的生長激素基因（hGH）導入豬的受精卵而獲得成功，hGH基因表達的轉基因豬與同窩非轉基因豬比較，生長速度和飼料利用率有明顯提高，胴體脂肪率也明顯降低，但轉基因豬亦伴有雌性不育、胃潰瘍和關節腫脹等副反應[18]。我國轉基因豬的研究起步于20世紀80年代，并在“七五”、“八五”期間取得了長足進步。1998年，中國農業大學利用原核顯微注射技術制備了我國首例轉生長激素基因豬，生長速度和飼料利用率明顯改善；之后成功獲得生長激素轉基因豬第2、3、4代共215頭，初步建立起了轉基因豬的生產技術體系。

豬的轉基因技術經過30多年的發展已日漸完善。隨著新的基因編輯技術、胚胎克隆、體細胞克隆等研究方法不斷涌現，豬轉基因技術的應用范圍也不斷擴展并相繼取得新突破，同時也推動了生命科學研究的發展。

4.2 基因編輯技術

基因編輯技術是指利用基因工程的基本原理對動物基因組的靶向基因進行有目的的編碼修飾，并結合體細胞克隆和胚胎移植等技術手段，獲得經過基因修飾的個體，且可穩定遺傳給子代的一種生物技術。

基因編輯技術則是對物種本身的基因進行各種“粘貼復制”或者“剪切替換”等修飾，從而抑制機體內“不好”基因的表達，促進機體內“好”基因的表達，且不具有引入未知成分的風險，相較于轉基因技術其安全性更高、可控性更強[19]。

基因編輯技術在豬育種領域主要應用在豬經濟性狀改良、抗病育種、疾病動物模型構建等方面，前景廣闊。

5 結語

未來豬育種的方向將是豬瘦肉組織的生長效率、肉品質、抗逆性、健康和繁殖效率等的綜合提高。由于單一的育種技術有其自身的局限性，不能完成育種目標，只有各種技術相互融合應用，才能大大提高豬的育種進展和效率。