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        綜合利用新技術(shù) 開(kāi)創(chuàng)育種新格局

        2020-09-18 03:41:14張振郭勇倪和民邢凱北京農(nóng)學(xué)院
        中國(guó)畜牧業(yè) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:克隆技術(shù)種豬公豬

        文│張振 郭勇 倪和民 邢凱(北京農(nóng)學(xué)院)

        蔣凡(北京田園奧瑞生物科技有限公司)

        李愛(ài)民(河南創(chuàng)源生物技術(shù)有限公司)

        非洲豬瘟疫情給我國(guó)種豬育種和生豬生產(chǎn)帶來(lái)了較大的困擾。目前為止,多家大型育種企業(yè)遭受了不同程度的損失,造成育種進(jìn)展停滯,良種覆蓋率有所倒退,復(fù)產(chǎn)中如何快速提高良種覆蓋率是當(dāng)前迫切需要考慮的問(wèn)題。

        根據(jù)目前種豬缺口較大的形勢(shì)分析,2020年我國(guó)從國(guó)外進(jìn)口種豬的數(shù)量極有可能突破2萬(wàn)頭,或創(chuàng)造進(jìn)口種豬數(shù)量的新極值。在引進(jìn)大量種豬的同時(shí),也是我們從全世界收集不同育種素材的良好機(jī)會(huì)。如何將育種和繁殖新技術(shù)與大規(guī)模引種相結(jié)合,使這些育種素材強(qiáng)而有力地推動(dòng)國(guó)內(nèi)種豬育種進(jìn)程?這是需要我們深入研究和探討的課題。

        一、對(duì)引進(jìn)種豬進(jìn)行采樣

        每一批引進(jìn)的種豬到達(dá)國(guó)內(nèi)后,在隔離期間采耳組織樣本并保存所有引進(jìn)基因,為開(kāi)展后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

        二、使用全基因組選擇技術(shù)鑒定血緣關(guān)系并建立參考群

        對(duì)留存的部分耳組織樣本使用全基因組選擇技術(shù)鑒定血緣關(guān)系并建立參考群,統(tǒng)計(jì)出我國(guó)到底從全世界引回多少血緣和家系。正常情況下,每次國(guó)外引種可能只引回6~8個(gè)血緣和家系,但2020年國(guó)內(nèi)引種數(shù)量大,存在同一個(gè)場(chǎng)多次引種的情況,可能會(huì)收集完成全部的育種素材。全世界優(yōu)秀的種豬血緣可能全部在國(guó)內(nèi)得到匯總,結(jié)合全基因組選擇技術(shù)建立較大的公共參考群,可為培育新品種乃至華系種豬奠定基石。

        1.什么是全基因組選擇技術(shù)。全基因組選擇(Genomic Selection,GS)是利用覆蓋全基因組的高密度分子遺傳標(biāo)記進(jìn)行的標(biāo)記輔助選擇。比起利用系譜和表型進(jìn)行選擇的常規(guī)選育方法,其可以對(duì)低遺傳力性狀、不容易度量的性狀(如胴體性狀、肉質(zhì)性狀)和不能早期度量的性狀進(jìn)行有效選擇。而比起分子標(biāo)記輔助育種(Marker assisted selection,MAS),其優(yōu)勢(shì)在于無(wú)須進(jìn)行主效基因或者數(shù)量性狀基因座的檢測(cè),能夠捕獲基因組中的全部變異和適用范圍更加廣泛。

        綜上所述,全基因組選擇的技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)有:一是可以捕獲所有的遺傳變異,提高選擇準(zhǔn)確率;二是可早期準(zhǔn)確遺傳評(píng)估,縮短世代間隔;三是可對(duì)低遺傳力(h2)、限性和難以度量的性狀進(jìn)行選擇,降低測(cè)定成本;四是降低群體的近交增量,防止近交衰退。全基因組選擇技術(shù)的應(yīng)用可從以上幾個(gè)方面加快場(chǎng)內(nèi)遺傳進(jìn)展,因此該技術(shù)在現(xiàn)代育種過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的使用。

        2.如何鑒定血緣關(guān)系?,F(xiàn)場(chǎng)育種過(guò)程中梳理清楚群體的血緣關(guān)系,對(duì)于進(jìn)行家系構(gòu)建和育種方案的制定都有重要的意義。但是在實(shí)際操作過(guò)程中由于記錄數(shù)據(jù)缺失和錯(cuò)誤,抑或是工作人員操作失誤,導(dǎo)致豬場(chǎng)的家系混亂和系譜記錄錯(cuò)誤的情況時(shí)有發(fā)生。利用全基因組選擇技術(shù)可以準(zhǔn)確地反映個(gè)體間親緣關(guān)系情況。只需提供需要明確血緣關(guān)系的個(gè)體組織或者血液樣本,通過(guò)測(cè)序得到基因分型結(jié)果,使用生物信息學(xué)分析方法,即可準(zhǔn)確鑒定送樣個(gè)體之間的血緣關(guān)系。

        通過(guò)對(duì)個(gè)體間親緣關(guān)系計(jì)算,將群體中的公畜進(jìn)行科學(xué)的家系劃分,同時(shí)將群體豬只進(jìn)行家系構(gòu)建,為后續(xù)選種選配提供依據(jù),更加科學(xué)地控制近交,降低群體近交增量。

        3.如何建立參考群。梳理清群體血緣關(guān)系,為構(gòu)建全基因組選擇參考群奠定了良好基礎(chǔ)。理論研究顯示,當(dāng)單品種參考群的數(shù)量到達(dá)2000頭以上時(shí),分析結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)更好。但受豬場(chǎng)規(guī)模的現(xiàn)實(shí)條件限制,大多數(shù)企業(yè)無(wú)法一次性構(gòu)建如此大的參考群,專家建議:一是參考群的規(guī)模最低不能小于500頭;二是采集的樣本要覆蓋全部家系,即所有的公豬都要進(jìn)行采樣,母豬根據(jù)血緣分析結(jié)果和實(shí)際的生長(zhǎng)性能進(jìn)行選擇;三是所有的個(gè)體均要有表型數(shù)據(jù)和完整的三代系譜;四是參考群表型數(shù)據(jù)盡量完整,表型數(shù)據(jù)采集的性狀越完整對(duì)后期的選育效果越好,同時(shí)當(dāng)選育性狀發(fā)生調(diào)整時(shí)參考群仍能適用。當(dāng)滿足以上條件時(shí),即可進(jìn)行參考群的建立。根據(jù)選育方向和育種方案進(jìn)行育種性狀和分析模型的確定。

        4.全基因組選育技術(shù)應(yīng)用。利用建立好的參考群體,通過(guò)收集其剛出生后代的耳組織樣本進(jìn)行基因檢測(cè),即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的早期育種值評(píng)估,可為企業(yè)大大降低育種成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。

        三、使用組織凍存技術(shù)保存良種

        部分耳組織樣本可以通過(guò)組織凍存的形式留存下來(lái),以確保優(yōu)秀的種質(zhì)資源能夠有活體和組織凍存兩種方式保存,防止發(fā)生意外。組織凍存的費(fèi)用較為低廉,每頭樣本僅需600元即可保存兩年,在未來(lái)種豬老化退役后,可以解凍組織并培養(yǎng)出細(xì)胞,通過(guò)體細(xì)胞克隆技術(shù)獲得克隆種豬,使優(yōu)秀的種豬可以持續(xù)應(yīng)用。

        四、使用體細(xì)胞克隆技術(shù)擴(kuò)大優(yōu)秀種豬利用率

        體細(xì)胞克隆技術(shù)是一種新型的輔助生殖技術(shù),目前在國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。簡(jiǎn)單來(lái)講就是復(fù)制,克隆技術(shù)就如同復(fù)印機(jī)復(fù)制文件一樣,不會(huì)對(duì)豬的外貌、生產(chǎn)性能等造成改變。應(yīng)用體細(xì)胞克隆技術(shù)是豬場(chǎng)快速擴(kuò)群的有效選擇,能在短時(shí)間內(nèi)集中復(fù)制優(yōu)秀的個(gè)體,特別是在育種工作比較扎實(shí)的種豬企業(yè),克隆技術(shù)將培育出的優(yōu)秀的種豬大量提供給多個(gè)豬場(chǎng)或公豬站,將其種用價(jià)值發(fā)揮到極致。

        從采集耳組織到克隆仔豬斷奶,每頭克隆豬平均收取1.5萬(wàn)元的技術(shù)服務(wù)費(fèi)(在客戶指定的豬場(chǎng)完成胚胎移植和生產(chǎn)),斷奶后的克隆仔豬與普通種豬培育過(guò)程沒(méi)有任何差別,并且不需要再次測(cè)定。不論同一頭供體豬生產(chǎn)出來(lái)不同批次的克隆仔豬的生長(zhǎng)速度如何,克隆仔豬成年后精液攜帶的基因是相同的,商品后代的性能也基本相同,這些數(shù)據(jù)在國(guó)外優(yōu)秀種公牛(80%以上都是克隆牛)和國(guó)內(nèi)溫氏食品集團(tuán)股份有限公司培育的種豬上都有驗(yàn)證。

        五、體細(xì)胞克隆技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

        1.克隆優(yōu)秀終端父本。在生產(chǎn)三元商品豬過(guò)程中,將公司內(nèi)或者行業(yè)內(nèi)通過(guò)全基因組選擇出來(lái)的優(yōu)秀的杜洛克公豬、長(zhǎng)白公豬、大約克夏公豬等公豬采樣,通過(guò)克隆技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)克隆種豬作為終端父本生產(chǎn)商品豬,可以將優(yōu)秀的基因直接應(yīng)用到終端商品代,大大縮短了通過(guò)金字塔育種體系傳遞優(yōu)良基因的速度(傳統(tǒng)方式需要3~4年),可以將遺傳進(jìn)展在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)商品豬生產(chǎn)變成經(jīng)濟(jì)效益(僅需1~2年)。

        以杜洛克公豬為例,優(yōu)秀的杜洛克公豬比普通杜洛克父系指數(shù)平均高出20點(diǎn)以上,每1點(diǎn)指數(shù)可以增加商品豬后代效益1.4元(數(shù)據(jù)來(lái)自PIC),優(yōu)秀公豬后代可以增加效益28元/頭,假設(shè)年出欄量100萬(wàn)頭,則可增加效益2800萬(wàn)元/年,終端公豬利用年限1.5~2年,共可增加效益4200萬(wàn)~5600萬(wàn)元。完成100萬(wàn)頭商品豬生產(chǎn)僅需500頭公豬(80%利用率),每頭公豬1.5萬(wàn)元,成本僅需750萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

        2.大規(guī)模引種種豬。受非洲豬瘟疫情影響,需要從國(guó)外、國(guó)內(nèi)豬場(chǎng)引種時(shí),可以挑選指數(shù)排名靠前的種豬,回場(chǎng)后應(yīng)用克隆技術(shù)擴(kuò)大群體,同時(shí)達(dá)到提高引種質(zhì)量、減少引種費(fèi)用的效果,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

        (1)傳統(tǒng)方法。以單品種引入8個(gè)血統(tǒng)為例,需要引入100頭種豬,一次引入“杜長(zhǎng)大”三個(gè)品種則需要數(shù)百頭,花費(fèi)較大。而且因?yàn)橐敕N豬的數(shù)量較多,平均育種值往往不高。數(shù)年后遺傳進(jìn)展緩慢、老化、淘汰,不得不再次引種,造成重復(fù)浪費(fèi)。

        (2)克隆技術(shù)。一是同樣引種10個(gè)血統(tǒng),僅需數(shù)十頭種豬即可,并且可以花較高的費(fèi)用引入育種值較高的群體,通過(guò)克隆技術(shù)可以快速生產(chǎn)出足夠數(shù)量的種豬,不但遺傳進(jìn)展快,還可以大幅節(jié)約引種花費(fèi)。二是同期通過(guò)育種手段提升豬群質(zhì)量,同步使用“連續(xù)克隆技術(shù)”保證種豬群質(zhì)量穩(wěn)步進(jìn)展。

        3.小規(guī)模種豬血統(tǒng)更新。受非洲豬瘟疫情影響,個(gè)別品種需要更新血統(tǒng),為了避免活豬運(yùn)輸?shù)纳锇踩L(fēng)險(xiǎn),可以應(yīng)用克隆技術(shù)解決問(wèn)題。

        (1)傳統(tǒng)方式。一是活體引種,隔離、免疫后混群,數(shù)量大、風(fēng)險(xiǎn)高、血統(tǒng)更新全面。二是精液引進(jìn),簡(jiǎn)單方便、費(fèi)用低、風(fēng)險(xiǎn)中等,只能更新公豬血統(tǒng)。

        (2)克隆技術(shù)。一是僅需要采取目標(biāo)豬耳組織即可按需求克隆出優(yōu)質(zhì)血統(tǒng)的目標(biāo)豬。二是100%復(fù)制優(yōu)質(zhì)種豬,公母豬血統(tǒng)均可更新。

        4.核心群拆分。受非洲豬瘟疫情影響,個(gè)別豬場(chǎng)需要把核心群分布到新的備份場(chǎng),為了避免活豬運(yùn)輸?shù)纳锇踩L(fēng)險(xiǎn),可以應(yīng)用克隆技術(shù)解決問(wèn)題。

        (1)傳統(tǒng)方法。一是從老的核心群分出部分種豬到新場(chǎng),然后從后代中選育擴(kuò)群。二是直接把選育的后代送到新場(chǎng),存在生物安全、世代間隔長(zhǎng)、耗時(shí)、費(fèi)力、資金需求大等問(wèn)題。

        (2)克隆技術(shù)。一是從老的核心群中挑選優(yōu)秀的種豬通過(guò)克隆技術(shù)快速?gòu)?fù)制建群,可根據(jù)需求選擇最佳群體組合。二是具有安全、高效、世代間隔短、省力省心省錢(qián)等優(yōu)點(diǎn),可以根據(jù)客戶核心群育種方向有機(jī)組合(見(jiàn)圖1)。

        六、使用冷凍精液技術(shù)保存育種素材并開(kāi)展基因交流

        冷凍精液是生物技術(shù)保種的主要方式之一,也是育種的遺傳物質(zhì)主要來(lái)源,特別是牛冷凍精液育種繁殖技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用,可完全取代本交和鮮精人工授精。在當(dāng)前非洲豬瘟和新型冠狀病毒肺炎雙重疫情防控嚴(yán)峻形勢(shì)下,物流受限,人員和豬場(chǎng)的隔離導(dǎo)致“產(chǎn)品出不去,原料進(jìn)不來(lái)”,開(kāi)展豬冷凍精液技術(shù)進(jìn)行保種、育種和安全復(fù)養(yǎng)擴(kuò)繁具有重大意義。

        1.冷凍精液特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。豬冷凍精液是指將豬精液中的精清分離,把濃縮的精子添加特殊冷凍保護(hù)劑后通過(guò)液氮降溫至-140℃,并置于-196℃的液氮中進(jìn)行長(zhǎng)期保存。豬冷凍精液經(jīng)過(guò)精清分離,可將存活于精液中的病毒分離,并存放60天以觀察種公豬的健康狀況,免受非洲豬瘟等疫病潛伏期的影響。豬冷凍精液因能永久保存,從而能打破時(shí)間和空間上的障礙,成為重要的引種、育種方式和保種手段(見(jiàn)圖2)。

        2.豬冷凍精液應(yīng)用。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外豬冷凍精液技術(shù)都有較大進(jìn)步和發(fā)展,冷凍精液解凍后復(fù)蘇率達(dá)70%~90%,商品冷凍精液解凍后活力達(dá)到60%以上,情期受胎率達(dá)85%左右,產(chǎn)仔數(shù)接近鮮精繁殖水平。加拿大、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)已廣泛在歐洲和北美等地應(yīng)用冷凍精液交流育種,部分出口到非洲、亞洲等地區(qū);我國(guó)河南省黃泛區(qū)鑫欣牧業(yè)有限公司、四川天兆豬業(yè)股份有限公司、中糧集團(tuán)有限公司等均應(yīng)用過(guò)冷凍精液育種技術(shù);上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、北京農(nóng)學(xué)院、百鈞達(dá)科技發(fā)展(北京)有限公司、北京田園奧瑞生物科技有限公司等科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)公司相繼在豬冷凍精液保存技術(shù)和配套設(shè)備試劑上取得重大突破;上海祥欣畜禽有限公司、河南精旺豬種改良有限公司、湖北襄大農(nóng)牧集團(tuán)股份有限公司等國(guó)家級(jí)公豬站和大型養(yǎng)豬企業(yè)先后建立豬凍精實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)始冷凍精液商業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用,冷凍精液已推廣到國(guó)內(nèi)20余個(gè)省份及地區(qū),并遠(yuǎn)銷俄羅斯。

        ◎圖1 克隆種豬制作過(guò)程

        ◎圖2 凍精操作流暢

        3.豬冷凍精液前景。目前,豬冷凍精液生產(chǎn)技術(shù)和解凍技術(shù)已經(jīng)可以穩(wěn)定達(dá)到凍精解凍后活力≥60%,自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)凍精設(shè)備試劑極大地降低了凍精生產(chǎn)成本,加上配套成熟的母豬發(fā)情檢測(cè)鑒定和深部輸精技術(shù),受胎率和產(chǎn)仔數(shù)接近鮮精而逐步被養(yǎng)豬企業(yè)接受,特別是在新型冠狀病毒肺炎疫情防控導(dǎo)致常溫精液運(yùn)輸受限,非洲豬瘟疫情一段時(shí)間內(nèi)仍將威脅豬場(chǎng)安全的情況下,豬冷凍精液的戰(zhàn)略儲(chǔ)備和生物安全價(jià)值凸顯,豬冷凍精液將在地方豬品種保護(hù)和優(yōu)質(zhì)種豬保種上發(fā)揮較大作用,同時(shí),大量存儲(chǔ)冷凍精液的凍精銀行不僅可以打通壁壘實(shí)現(xiàn)聯(lián)合育種,也是“穩(wěn)產(chǎn)保供”,加快恢復(fù)生豬生產(chǎn),快速擴(kuò)繁的重要戰(zhàn)略儲(chǔ)備,加快豬冷凍精液的生產(chǎn)儲(chǔ)備和推廣應(yīng)用勢(shì)在必行,未來(lái)前景一片看好。

        綜上所述,優(yōu)秀種豬短缺將持續(xù)困擾中國(guó)養(yǎng)豬業(yè),如果能夠在引進(jìn)種豬的同時(shí)綜合利用全基因組選擇技術(shù)、體細(xì)胞克隆技術(shù)、豬冷凍精液技術(shù),則可加快育種進(jìn)程,提高良種覆蓋率,促進(jìn)養(yǎng)豬企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),為實(shí)現(xiàn)《加快生豬生產(chǎn)恢復(fù)發(fā)展三年行動(dòng)方案》目標(biāo)保駕護(hù)航。

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