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標(biāo)題齊一生物：基因組技術(shù)為中國(guó)奶�！霸瞿�

發(fā)布時(shí)間：2016/8/26  來(lái)源: 齊一生物科技（上海）有限公司   閱讀次數(shù)：159        

本文由專(zhuān)注于提供生物科技服務(wù)的齊一生物收集整理

然而，與國(guó)外奶業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的奶牛生產(chǎn)水平有較大差距。據(jù)中國(guó)奶業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)顯示，2010年我國(guó)奶牛平均單產(chǎn)為4500公斤，而美國(guó)則為9500公斤。
牛奶產(chǎn)量低下的原因就在于，我國(guó)的奶牛在生產(chǎn)性能和群體遺傳水平方面仍有較大差距，且群體遺傳改良效率不高，自主選育優(yōu)秀種公牛的能力不強(qiáng)。
針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位聯(lián)合成立課題攻關(guān)組，在863計(jì)劃、農(nóng)業(yè)部948項(xiàng)目和國(guó)家科技支撐計(jì)劃等項(xiàng)目資助下，重點(diǎn)開(kāi)展了中國(guó)荷斯坦�；蚪M選擇技術(shù)平臺(tái)研究，旨在為我國(guó)實(shí)施奶�；蚪M選擇提供技術(shù)支撐。
經(jīng)過(guò)幾年的不斷研究探索，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最終創(chuàng)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)荷斯坦�；蚪M選擇技術(shù)平臺(tái)，提升了我國(guó)奶牛遺傳評(píng)估的整體技術(shù)水平；發(fā)掘了一批奶牛重要經(jīng)濟(jì)性狀功能基因，為提高基因組選擇準(zhǔn)確性提供了重要基因信息；研發(fā)了奶牛遺傳缺陷和親子關(guān)系的分子鑒定技術(shù)，建立了我國(guó)荷斯坦種公牛遺傳缺陷及親子關(guān)系監(jiān)控體系；創(chuàng)建了中國(guó)荷斯坦牛基因組選擇分子育種技術(shù)體系，成為我國(guó)荷斯坦青年公牛遺傳評(píng)估的唯一方法。該項(xiàng)目榮獲2015年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

必須要有中國(guó)的奶�；蚪M選擇技術(shù)平臺(tái)

“其實(shí)，我國(guó)高產(chǎn)奶牛群體，諸如北京、上海等地的牛群，生產(chǎn)水平已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。”課題組負(fù)責(zé)人之一，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授孫東曉告訴科技日?qǐng)?bào)記者，“但與奶業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)奶牛群體整體水平還是有較大差距。”
奶牛的生理特性決定了奶牛生產(chǎn)和育種體系與其它動(dòng)物物種有很大區(qū)別，首先是母牛繁殖率很低，平均約12個(gè)月產(chǎn)一胎，每胎一頭，且一半的可能性是公的；第二，產(chǎn)奶性狀是限性性狀，只在母牛中表現(xiàn)；第三，由于人工授精技術(shù)的全面應(yīng)用，一頭公牛可與數(shù)千乃至數(shù)萬(wàn)頭母牛交配，所以優(yōu)秀種公牛的選育是奶牛群體遺傳改良的核心，但公牛本身不表現(xiàn)產(chǎn)奶性能，在傳統(tǒng)育種中只能通過(guò)其后代母牛的產(chǎn)奶性能來(lái)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)公牛的遺傳優(yōu)劣性（即后裔測(cè)定），導(dǎo)致公牛的世代間隔很長(zhǎng)（通常為6年左右）；最后，為了保證母牛群體的擴(kuò)繁更新，就無(wú)法對(duì)母牛進(jìn)行嚴(yán)格的選擇和淘汰。
由于奶牛育種的以上特點(diǎn)，“奶牛沒(méi)有必要，也不可能像生豬家禽那樣通過(guò)不斷培育新品種或建立雜交配套體系來(lái)實(shí)現(xiàn)遺傳改良，奶牛最主要的育種手段，還是實(shí)施品種內(nèi)的群體遺傳改良。”孫東曉說(shuō)，“最重要就是系統(tǒng)地實(shí)施牛群遺傳改良技術(shù)，充分使用優(yōu)秀種公牛，全面改良牛群。”
國(guó)際業(yè)界公認(rèn)，培育優(yōu)秀種公牛對(duì)奶牛遺傳改良的貢獻(xiàn)率達(dá)75%。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的種公牛主要依賴從國(guó)外引進(jìn)，傳統(tǒng)育種方法周期長(zhǎng)、效率低，難以改變落后狀況。
不過(guò)傳統(tǒng)的奶牛育種體系以公牛后裔測(cè)定為核心，雖然成效顯著，但世代間隔長(zhǎng)、育種成本高。
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，基于基因組高密度標(biāo)記信息的基因組選擇技術(shù)（簡(jiǎn)稱GS）成為動(dòng)物育種領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。利用該技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)青年公牛早期準(zhǔn)確選擇，而不必通過(guò)后裔測(cè)定，從而大幅度縮短世代間隔，加快群體遺傳進(jìn)展，并顯著降低育種成本。
自2009年以來(lái)，世界主要奶業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，包括美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)，陸續(xù)將基因組選擇技術(shù)全面應(yīng)用于奶牛育種，給奶牛育種帶來(lái)了革命性的變化。
“這項(xiàng)新的育種技術(shù)正使全球奶牛育種發(fā)生重大變革，幾乎所有奶業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都已應(yīng)用，加快了其遺傳改良速度。”孫東曉說(shuō)。
基因組選擇分子育種技術(shù)為我國(guó)奶牛育種趕上國(guó)際水平提供了機(jī)遇。
“我國(guó)必須自己研發(fā)中國(guó)的基因組選擇技術(shù)平臺(tái)，完善群體遺傳改良技術(shù)體系。”孫東曉告訴記者，“在這世界奶牛育種技術(shù)變革時(shí)代，應(yīng)該抓住機(jī)遇，盡快研發(fā)我國(guó)奶�；蚪M選擇分子育種技術(shù)體系，增強(qiáng)自主培育優(yōu)秀種公牛的能力，提高群體遺傳改良的效率，縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，實(shí)現(xiàn)我國(guó)奶業(yè)的跨越式發(fā)展。”

創(chuàng)新！用母牛構(gòu)建基因組參考群

一定規(guī)模的參考群體是實(shí)施基因組選擇的前提。與國(guó)外用驗(yàn)證公牛構(gòu)建參考群不同，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了用母牛構(gòu)建參考群的新思路。
據(jù)了解，為了充分發(fā)揮優(yōu)秀種公牛在群體遺傳改良中的作用，奶牛發(fā)達(dá)國(guó)家一般選用優(yōu)秀驗(yàn)證公牛的凍精，在牛群中實(shí)施以獲得優(yōu)秀種公牛后代為目的的“計(jì)劃選配”；通過(guò)后裔測(cè)定選擇優(yōu)秀種公牛，在育種群和生產(chǎn)群中全面地使用“驗(yàn)證公牛”，使母牛群的遺傳水平不斷提高。
“用母牛構(gòu)建參考群是因?yàn)槲覈?guó)具有足夠遺傳評(píng)估準(zhǔn)確性的驗(yàn)證公牛數(shù)量太少，不足以構(gòu)建參考群。如果完全照搬國(guó)外的做法，則在我國(guó)奶牛中無(wú)法應(yīng)用基因組選擇技術(shù)。”孫東曉說(shuō)。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從2006年開(kāi)始組建中國(guó)荷斯坦�；蚪M選擇參考群體，經(jīng)過(guò)持續(xù)擴(kuò)充， 建立了由6000頭母牛以及400頭驗(yàn)證公牛組成的參考群。
“所有這些牛均具有完整清晰的系譜、質(zhì)量較高的表型記錄和高密度SNP芯片基因型數(shù)據(jù)。”孫東曉說(shuō)，“大規(guī)模、高質(zhì)量的參考群為開(kāi)展基因組選擇奠定了基礎(chǔ)。”
經(jīng)過(guò)多年的研究，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)掌握了基因組選擇關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了我國(guó)唯一的奶�；蚪M選擇參考群，對(duì)每頭牛測(cè)定了高密度SNP標(biāo)記基因型和產(chǎn)奶、健康、體型、繁殖等34個(gè)性狀的表型。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了基因組育種值估計(jì)的一系列新方法（TA-BLUP、BayesTA、BayesTB和BayesTC），顯著提高了其估計(jì)準(zhǔn)確性。
據(jù)了解，基因組育種值估計(jì)的主流方法是GBLUP和貝葉斯方法，它們?cè)谟?jì)算速度和估計(jì)準(zhǔn)確性方面各有優(yōu)勢(shì)�；诖�，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了GBLUP的改進(jìn)方法TA-BLUP。模擬及真實(shí)數(shù)據(jù)分析都表明，TA-BLUP方法的準(zhǔn)確性在各種情況下均高于GBLUP方法。同時(shí)，與貝葉斯方法相比，有效地降低了計(jì)算時(shí)間，適用于大規(guī)模高頻率遺傳評(píng)估的需求。
“研究結(jié)果表明，這樣的參考群是可行的，所獲得的選擇準(zhǔn)確性與大部分國(guó)家的選擇準(zhǔn)確性相當(dāng)。”孫東曉說(shuō)，“這些方法的創(chuàng)新為高水平的基因組選擇提供了技術(shù)支撐。”
據(jù)孫東曉介紹，2010年，在波蘭召開(kāi)的QTL-MAS國(guó)際會(huì)議上，各國(guó)研究人員用相同數(shù)據(jù)對(duì)不同方法進(jìn)行比較，中國(guó)團(tuán)隊(duì)用新方法獲得第一的好成績(jī)，當(dāng)時(shí)就引起了震動(dòng)。
“長(zhǎng)期的實(shí)踐證明了用母牛不僅可行，而且有利于降低估計(jì)偏差和擴(kuò)大參考群規(guī)模。”孫東曉自豪地說(shuō)，“如今，國(guó)外的一些國(guó)家也借鑒我們的思路，開(kāi)始用母牛構(gòu)建參考群或在原公牛群體中加入母牛。”
同時(shí)，為降低基因組選擇的育種成本，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了低密度芯片的設(shè)計(jì)和實(shí)施策略及基因型填充策略，豐富和完善了基因組選擇的理論和方法。
此外，結(jié)合我國(guó)奶牛育種實(shí)際情況，首次提出了用于中國(guó)荷斯坦牛綜合性能評(píng)價(jià)的基因組性能指數(shù)GCPI，用于青年公牛的基因組遺傳評(píng)估，經(jīng)此評(píng)估選出的優(yōu)秀青年公�？芍苯幼鳛榉N公牛使用。

我國(guó)是最早建立基因組選擇技術(shù)體系的國(guó)家之一

“項(xiàng)目的實(shí)施使我國(guó)成為國(guó)際上最早建立基因組選擇技術(shù)體系的國(guó)家之一，并達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平。”孫東曉說(shuō)。
經(jīng)專(zhuān)家論證，這項(xiàng)成果被農(nóng)業(yè)部指定為中國(guó)荷斯坦青年公牛遺傳評(píng)估的唯一方法，2012年起在我國(guó)全面應(yīng)用。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012—2015連續(xù)4年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)全國(guó)26個(gè)公牛站的青年公牛進(jìn)行了基因組遺傳評(píng)估，選出930頭優(yōu)秀青年公牛（占全國(guó)良種公牛的40%）在全國(guó)推廣應(yīng)用，至少獲得了348.75萬(wàn)頭優(yōu)良后代母牛。
“研究成果顯著提高了青年公牛的選種準(zhǔn)確性，提高了良種補(bǔ)貼種公牛的遺傳質(zhì)量，促進(jìn)了全國(guó)奶牛群體生產(chǎn)性能的提高。”孫東曉說(shuō)。
據(jù)介紹，通過(guò)基因組選擇技術(shù)的實(shí)施，給我國(guó)奶牛育種帶來(lái)了顯著成效。我國(guó)公牛選擇準(zhǔn)確性顯著提高，對(duì)于主要性狀基因組遺傳評(píng)估的準(zhǔn)確性達(dá)到0.67—0.80，與常規(guī)系譜指數(shù)相比，準(zhǔn)確性提高了12%—25%，與我國(guó)過(guò)去的公牛后裔測(cè)定相比，準(zhǔn)確性提高了12%—17%。
大幅度縮短了公牛的世代間隔，由于青年公牛經(jīng)基因組遺傳評(píng)估后即可投入使用，世代間隔由常規(guī)育種的6.25年縮短到1.75年，縮短4.5年。
加快了群體遺傳進(jìn)展，由于選擇準(zhǔn)確性的提高和世代間隔的縮短，我國(guó)荷斯坦牛每年平均遺傳進(jìn)展由0.24個(gè)遺傳標(biāo)準(zhǔn)差提高到0.49個(gè)遺傳標(biāo)準(zhǔn)差。
提高了我國(guó)奶牛育種效益，由于遺傳進(jìn)展的加快和育種成本的下降，據(jù)中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)經(jīng)所測(cè)算，該成果自推廣以來(lái)，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)21.869億元，間接經(jīng)濟(jì)效益64.26億元。
“如今，我國(guó)牛群產(chǎn)奶水平顯著提高，從2010年的4500公斤，增長(zhǎng)到2015年的7500公斤，而北京則達(dá)到9000公斤，接近北美平均水平。” 

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