全基因組選擇育種技術在規模化奶牛養殖場的應用實例

阿 侖，張金文，王學峰，趙 媛，武霞霞，王建華，楊占卿，劉季文，馬惠忠，蒙美麗，田 棟

(1.呼和浩特市農牧技術推廣中心，內蒙古呼和浩特 010010；2.和林格爾縣畜牧業發展中心，內蒙古呼和浩特 011500）

奶牛基因組是一整套遺傳物質的總和，也就是全部染色體、全部基因的總和。全基因組選擇育種技術就是在全基因組范圍內，檢測一類遺傳標記單核苷酸多態性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP），利用基因組水平的遺傳信息對奶牛個體進行遺傳評估，進而進行選種選育的方法。該技術在奶業發達國家已經得到廣泛應用，極大地縮短了奶牛遺傳改良的世代間隔，節約選育成本、提高選育效率。隨著參考群體的不斷擴大，基因組檢測的準確性也逐步提高，越來越多的牧場將該技術應用于母牛群體。該技術可在犢牛階段就判斷出牛只的遺傳潛力，牧場可以通過減少后備牛養殖規模大幅減少養殖成本；在種母牛和種公牛的選育方面，基因組選擇育種技術可有效縮短時代間隔，顯著降低育種成本[1,2]。

2021 年，依托“高品質奶牛種公牛培育新技術開發應用協同推廣項目”，呼和浩特市農牧技術推廣中心在本地區選擇兩家規模化奶牛牧場開展奶牛基因組檢測，以篩選高產后備牛。首先，參測牧場積極配合技術團隊各項工作，牧場配備牛群管理軟件，連續進行生產性能測定 (Dairy Herd Improvement，DHI）工作，保證牧場奶牛全部基本信息都有記錄并準確。其次，相應的技術隊伍將檢測評估報告應用到牧場繁育工作中。技術團隊在兩家牧場隨機選擇302 頭4～6 月齡左右后備母牛，通過采集尾根毛囊方式提取DNA，委托內蒙古賽科星繁育生物技術股份有限公司進行基因組檢測，參考美國奶牛育種協會數據庫，獲得牧場牛只綜合育種值(Integrated Performance Index，IPI）及各單性狀估計值。技術人員對兩家牧場后備牛生產性能表型值之間的關系進行分析，指導牧場合理選種選配。

1 牧場檢測樣本整體遺傳水平

目前我國規模化牧場和養殖模式同奶業發達國家極為相似，因此對于國內的育種體系而言，綜合育種值(IPI）和凈效益 (Net Merit，NM）指數都具有很重要的參考意義。表1 列出了兩家牧場育種性狀評分，通過與美國牧場育種指數相比(見表2），兩家牧場當前后備牛群的整體遺傳水平，與美國荷斯坦牛群相比處于中等偏上水平(美國牧場IPI 均值為2055），兩個牧場參測牛只IPI 平均值分別為2015 和2006，凈效益(NM）平均值為120 和119 (美國牧場NM 均值為112）。

表1 參測牧場育種性狀評分

表2 參測牧場奶牛育種指數與美國牧場對比

2 牧場已使用凍精分析

檢測報告對牧場已使用公牛凍精進行初步分析，并對每個牧場NM、IPI 以及產奶量育種值排名前20 及前50 的牛只及父親公牛信息進行排序(見表3），發現牧場1 參測牛只的父親遺傳指數相對都不高，如果該牧場想大幅改良后代的遺傳品質，需要考慮使用更高TPI 指數的公牛凍精；牧場2 出現頻率較高的公牛為513HO03088 和551HO03723，尤其是551HO03723 公牛，其后代關鍵性能指數平均水平均表現優良；147HO02424公牛雖然IPI 和NM 指數不高，但是后代產奶量育種值很高，這與該公牛本身的產奶量育種值高達1849 有很大關系。牧場如果想大幅改良后代的遺傳進展，需要考慮使用更高指數的公牛凍精，同時在選擇凍精時除考慮總性能指數(Total Performance Index,TPI）外，還要考慮牧場自身需求進行綜合篩選，選擇可為牧場帶來最大經濟效益的公牛。

表3 牧場已使用凍精分析

3 系譜準確率問題

通過親子鑒定發現，牧場1 中的100 頭奶牛里有兩頭系譜錯誤，錯誤率為2%，說明該批次檢測牛只系譜檔案記錄較好；牧場2 中的202 頭奶牛里有64 頭系譜錯誤錯誤率為31.7% (見表4，選取5 頭錯誤父號牛只）。美國商品牧場系譜錯誤率均值為15%。系譜檔案記錄是一切育種工作的基礎，對于牧場育種工作非常重要，因此牧場需要對系譜檔案記錄引起足夠重視，建議參見基因組檢測遺傳顯示的父親號對系譜進行更改。

表4 參測牧場牛只遺傳顯示父親號及血統鑒定結果

通過基因組檢測，可檢測出單一奶牛品種血統是否低于90%，是否含有其他奶牛品種的血統，如愛爾夏牛、娟珊牛、更賽牛、荷斯坦牛和瑞士褐牛血統。經測定，兩家參測牧場中分別有2 頭和13 頭牛不是純種荷斯坦牛，雜交比例分別為3%和6.43% (表4）。

4 育種建議

第一，根據奶牛基因組檢測報告，可以針對牧場牛群的短板性狀確定遺傳改良方向，因為TPI (IPI）和NM 都是美國的國家育種指數，可能不完全符合國內或者本牧場的遺傳趨勢，而每個牧場由于群體、環境、管理等因素不同，面臨的問題和育種目標也不盡相同，因此制定適合自己牧場的育種目標至關重要。可以根據育種值建立本牧場指數，如參測牧場育種指數為：產奶量(15%）+乳蛋白量(20%）+乳脂量(10%）+生產壽命(20%）+女兒懷孕率(15%）+體細胞數(10%）+乳房結構(10%）。

第二，牧場選擇凍精時可根據牧場指數來制定選擇凍精各性狀的最低標準，對前10%的牛只單獨選擇排名靠前的種公牛凍精，避免遺傳倒退。

第三，牧場應持續對后備牛做基因組檢測，陸續制定犢牛淘汰或出售計劃。基因組檢測對于犢牛的早期篩選和核心群劃分，應按照參測牛只的IPI、NM 或者牧場自己的指數對牛群進行篩選或劃分核心群。建議將牛群劃分為高、中、低遺傳水平三個等級，IPI、NM 指數排名前10%的可作為胚胎供體等，中間80%可用于性控凍精擴群及常規生產，后10%可作肉用、胚胎移植受體牛或者根據牛只繁殖狀況和健康狀態決定是否淘汰。

第四，建議牧場將前20%最優質的犢牛作為供體母牛，生產高產奶牛性控胚胎，后20%低產奶牛作為受體母牛，阻斷其基因在牛群中的流動，提高利用率，快速提高牛群素質和水平，加快育種進展。

5 小結

基因組檢測方法的使用，能夠在犢牛階段便進行預測，可以及早了解牛只個體的遺傳水平，預判它是否高產、是否長壽、體型表現是否良好、是否有遺傳疾病基因或者其他特異性基因等，以此來方便對牛群進行早期選擇。將最優質的犢牛作為供體母牛，生產高產奶牛性控胚胎，將低產奶牛作為受體母牛，阻斷其基因在牛群中的流動，提高利用率。這樣可以達到快速提高牛群素質和水平，加快育種進展的目的。