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        基因組選育是豬育種的巨大飛躍

        2021-10-29 07:38:51王晶晶
        國外畜牧學(xué)·豬與禽 2021年5期
        關(guān)鍵詞:同胞組學(xué)表型

        王晶晶

        摘 要:基因組選育徹底改變了豬的育種方式,有助于更準(zhǔn)確地預(yù)測豬的育種值,進(jìn)而直接提高豬的遺傳進(jìn)展。許多專家正在通力合作,以在豬遺傳學(xué)上實現(xiàn)下一個飛躍,從而推動養(yǎng)豬業(yè)向更高效和可持續(xù)的全球養(yǎng)豬生產(chǎn)發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:豬;育種;基因組

        中圖分類號:S813 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:C 文章編號:1001-0769(2021)05-0001-03

        10年前,丹育公司推出的育種計劃是世界上第1個對豬進(jìn)行基因組選育的計劃。如今,豬的基因組信息已被廣泛用于全球大多數(shù)豬育種計劃中。

        自從采用該計劃以來,基因組選育已經(jīng)徹底改變了豬的育種方式,因為它可以確保在近交率相同的情況下獲得更大的遺傳進(jìn)展。多年來,這種特定的方法和技術(shù)已經(jīng)得到了全面的發(fā)展,并且新的育種技術(shù)正處于發(fā)展之中,以提高遠(yuǎn)期的遺傳進(jìn)展。

        基因組信息徹底改變了養(yǎng)豬業(yè),因為它有助于更準(zhǔn)確地預(yù)測豬的育種值,進(jìn)而直接提高豬的遺傳進(jìn)展。因此,它已經(jīng)成為我們不斷獲得較大遺傳進(jìn)展的有效手段。基于丹育公司的育種計劃,我們預(yù)測,當(dāng)所有豬都進(jìn)行了基因分型后,基因組選育可使遺傳進(jìn)展加大30%。這些遺傳改良具有累積性,每年都能增加養(yǎng)豬生產(chǎn)者的利潤。

        基因組選育的概念由Theo Meuwissen教授于2001年首次提出,并在畜牧業(yè)中得到了相對較快的應(yīng)用。進(jìn)行基因組選育時豬繁殖的基本原理保持不變,譜系和生產(chǎn)性能指標(biāo)仍然是必不可少的,但是基因組信息能夠提供更多且更準(zhǔn)確的在計算育種值時可以使用的信息源。

        1? 更準(zhǔn)確地預(yù)測育種值

        豬的育種值表達(dá)了對其后代平均生產(chǎn)性能(或表型)的預(yù)期影響。為了在繁殖前計算豬的育種值,我們使用先進(jìn)的混合統(tǒng)計模型,將生產(chǎn)性能與關(guān)聯(lián)信息結(jié)合起來。這可說明生產(chǎn)性能的哪些部分能夠表達(dá)豬的遺傳水平,哪些部分只是隨機(jī)的。

        在進(jìn)行基因組選育前,該統(tǒng)計模型使用的關(guān)聯(lián)信息是基于傳統(tǒng)的譜系關(guān)系。譜系關(guān)系假設(shè)兩個全同胞始終保持50%的相關(guān)性。然而,全同胞具有50%相關(guān)性的假設(shè)并不完全準(zhǔn)確,這只是一個平均值。事實是每對父母都遺傳各自一半的基因,但在極端的情況下,兩個全同胞可能從其父母那里獲得完全相同的一半,這意味著它們將具有100%的相關(guān)性。

        在完全相反的極端情況下,兩個全同胞可能從其父母那里獲得完全不同的一半,這意味著它們之間的相關(guān)性將會是0,即完全不相關(guān)。

        圖1顯示了一個簡單的例子,說明同胞可能在遺傳上或多或少相關(guān)。它們的父母擁有自己獨(dú)有的DNA集,并且每一個都恰好將其中的一半遺傳給后代。但是究竟將哪一半傳給每頭仔豬是隨機(jī)的。在此案例中,1號仔豬從父親的DNA中遺傳了藍(lán)色的部分,從母親的DNA中繼承了橙色的部分,而2號仔豬從父親的DNA中遺傳了綠色的部分,從母親的DNA中繼承了紅色的部分。很顯然,1號仔豬和2號仔豬都從父親和母親身上遺傳了一半的基因,但是它們各自的DNA部分完全不同。因此,1號仔豬和2號仔豬的相關(guān)性為0。3號仔豬從母親和父親各自的DNA中繼承了每一種有色部分的一半,因此與1號仔豬和2號仔豬具有50%的相關(guān)性。

        利用基因組信息,我們可以在遺傳水平上根據(jù)相似性來測量相關(guān)性,因為我們在整個基因組中使用了成千上萬個標(biāo)記來更精確地測量基因組的相關(guān)性。隨后,我們將其用于統(tǒng)計模型中,以將表型的遺傳部分與非遺傳部分區(qū)分開,即計算出更精確的育種值。

        更加準(zhǔn)確地預(yù)測育種值可直接取得更大的遺傳進(jìn)展。育種方程可解釋育種方案中的不同變化如何影響遺傳進(jìn)展(ΔG):

        式中:r表示育種值的準(zhǔn)確性;i表示選育強(qiáng)度;s表示遺傳標(biāo)準(zhǔn)偏差;L表示世代間隔。

        基因組選育可提高育種值的準(zhǔn)確性,因此可提高遺傳進(jìn)展。

        2? 改善具有挑戰(zhàn)性的性狀

        基因組選育可以提高育種目標(biāo)中所有性狀的遺傳進(jìn)展,特別是那些挑戰(zhàn)性性狀如飼料轉(zhuǎn)化率和窩產(chǎn)仔數(shù)會從中受益。飼料轉(zhuǎn)化率的測定成本較高,只有部分豬進(jìn)行了生產(chǎn)性能測試(表型)。窩產(chǎn)仔數(shù)在遺傳上計算能力低,且采用了新的方法來減少計算量。

        最近,丹育公司執(zhí)行了線性模型工具箱(linear models toolbox,LMT)中的解算功能,這是一個廣義線性混合模型軟件框架,由丹麥奧爾胡斯大學(xué)數(shù)量遺傳和基因組學(xué)中心開發(fā)和維護(hù),是其受歡迎的unicode數(shù)據(jù)庫遷移助手(database migration assistant for unicode,DMU)軟件包的后續(xù)產(chǎn)品。在這方面,丹育公司是第一家用LMT替代DMU的育種公司,這使丹育公司的處理時間節(jié)省了大約90%。

        3? 代謝組學(xué)是豬育種的下一個飛躍

        基因組選育極大地豐富了育種者的工具箱,有助于提高遠(yuǎn)期的遺傳進(jìn)展。

        基因組選育仍處于發(fā)展中,其他有意義的育種工具也開始出現(xiàn),例如,代謝組學(xué)選育是一種使用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)數(shù)據(jù)的育種技術(shù)。

        NMR代謝組學(xué)可測量來自個體某個樣品中的所有代謝物。這整套的代謝物(稱為全代謝組數(shù)據(jù))與生物學(xué)途徑中的生理活動水平相關(guān),這些生理活動始于DNA水平,最終在性狀表達(dá)(生產(chǎn)性能)上達(dá)到頂峰。生理活動的水平又受個體從其父母遺傳的基因以及其所處環(huán)境的影響調(diào)節(jié)。整個代謝組學(xué)數(shù)據(jù)與遺傳基因之間的這種聯(lián)系可以用來提高理想性狀是否為飼料轉(zhuǎn)化率的遺傳潛力。

        為了探索豬繁殖潛力的下一個飛躍,丹育公司、丹麥豬研究中心、Nordic Seed公司和奧爾胡斯大學(xué)合作開展了一個新的代謝組學(xué)研究和開發(fā)項目,該項目將全代謝組學(xué)數(shù)據(jù)與表型、譜系和基因組數(shù)據(jù)結(jié)合在一起,用于進(jìn)一步研究飼料效率和肉質(zhì)性狀等。

        隨后,這些專家將進(jìn)行代謝組學(xué)分析,開發(fā)統(tǒng)計模型,并計劃將該項目的研究結(jié)果實施到丹育公司的育種計劃中(圖2)。

        該項目得到了丹麥環(huán)境與食品部綠色發(fā)展與示范計劃的部分資助,約110萬歐元。這一個事例說明,許多專家的合作正努力實現(xiàn)豬遺傳學(xué)的下一個飛躍,從而推動養(yǎng)豬業(yè)向更高效和可持續(xù)的全球養(yǎng)豬生產(chǎn)發(fā)展。

        原題名:Genomic selection: a quantum leap for pig breeding(英文)

        原作者:Tage Ostersen和Lizette Vestergaard Pedersen

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