遺傳管理的重要性及價值

David Casey（PIC）

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遺傳管理的重要性及價值

David Casey（PIC）

David Casey博士，PIC中國大客戶總監(jiān)及PIC亞太區(qū)遺傳服務(wù)經(jīng)理。主要負責(zé)建立PIC中國的大客戶管理，組建遺傳服務(wù)團隊，為PIC客戶提供遺傳育種的解決方案。Casey博士又兼任北卡羅萊納州立大學(xué)兼任助理教授，參與多個項目。

David Casey博士生于美國，曾幫助父親進行豬和肉牛的飼養(yǎng)，并支持家族經(jīng)營的屠宰廠。

他于1992年在俄亥俄州的威爾明頓學(xué)院獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1998年在內(nèi)布拉斯加大學(xué)獲得理學(xué)碩士學(xué)位，并于2003年在愛荷華州立大學(xué)獲得博士學(xué)位。David博士在PIC服務(wù)了13年，目前定居中國上海。

今天我就兩方面內(nèi)容進行討論，幫助大家了解遺傳管理的意義。

在中國，從業(yè)者通常會購進杜長大育種體系，引進種源后封閉群體，閉門造“豬”，進行為期數(shù)年的閉鎖選育。但是，選育出的品系在經(jīng)歷3年～5年的持續(xù)繁育后，優(yōu)勢逐漸退化，遺傳優(yōu)勢不再明顯，此時又要開始新一輪的引種。

我今天想介紹2種育種體系，一種是PIC常用的育種體系（圖1），也是大多數(shù)育種公司推薦的體系。在該體系中，遺傳改良在核心群中進行；然后，將核心群中的公豬運往公豬站，生產(chǎn)精液，與曾祖代核心群的母豬進行配種。該階層的母豬既生產(chǎn)用于替換本群的母豬，又生產(chǎn)下一階層的母豬。在該系統(tǒng)中曾祖代（GGP）公豬的年更換率很高，達到100 %以上。我將該系統(tǒng)稱為開放式育種系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，核心群的遺傳改良會持續(xù)不斷地傳遞到后續(xù)階層。

圖1　PIC標準的育種體系

而在中國常采用的閉鎖育種體系（圖2）中，遺傳改良通過引種進入豬場，然后豬場就成為了封閉的遺傳核心豬場。自繁后備母豬，其他母豬用于純繁，從而生產(chǎn)商品F1代母豬。我很好奇，開放式育種體系和封閉式育種體系的應(yīng)用究竟有什么區(qū)別。為此，我們開展了1個項目，探究兩者的價值差異。

本次演講的第二部分將圍繞遺傳滯后（Genetic Lag）展開。什么是遺傳滯后？不管是開放育種體系還是閉鎖育種體系，遺傳改良從金字塔頂端傳遞到下層都需要時間，我們將這種時間延遲稱作遺傳滯后。從另外一個角度來看，我們在核心群中創(chuàng)造的遺傳價值需要時間傳遞到下一層群體中。如果我們能縮短遺傳滯后，就意味著加快遺傳價值的實現(xiàn)，從而幫助用戶創(chuàng)造更多利潤。因此，演講的第二個部分將圍繞關(guān)于縮短曾祖代核心場的遺傳滯后。

圖2　閉鎖育種體系

1　PIC和閉鎖育種體系的價值差異

首先將PIC育種體系和閉鎖育種體系進行模型化。在項目實行過程中，2個模型的參數(shù)設(shè)置方面有3點差異。首先是群體大?。ɑ诤诵娜旱哪肛i數(shù)目），在閉鎖育種體系中設(shè)置了4個不同的水平，分別為50頭、100頭、200頭和400頭。第二點是性能測定，大部分性能測定項目（生長速度、日增重等）是相同的，但是在封閉群中很難測定每個個體的采食量，另外，商品豬場的數(shù)據(jù)很難收集。第三點是基因組信息，用DNA信息幫助我們挑選優(yōu)秀個體，而閉鎖育種體系不能提供相關(guān)信息。其他參數(shù)設(shè)置皆相同，如遺傳力、變異程度、在指數(shù)中所占的權(quán)重以及經(jīng)濟價值等。

1.1各性狀遺傳進展的預(yù)測模型——生長性狀示例

我們可以預(yù)測每個性狀遺傳進展的經(jīng)濟效益，即用該性狀的遺傳進展乘以該性狀的經(jīng)濟價值。將所有性狀的經(jīng)濟價值相加，就得到遺傳改良的總體經(jīng)濟價值。在PIC采用的開放育種體系和閉鎖育種體系中，母豬的5年經(jīng)濟效應(yīng)預(yù)測結(jié)果如圖3所示。圖中上方紅色線代表PIC的開放育種體系5年的遺傳進展，而下方緊鄰的幾條線由下到上代表群體大小分別為50頭、100頭、200頭和400頭母豬采用閉鎖育種體系的遺傳進展。從圖中可以得到的積極信息是，不管采取開放育種體系還是閉鎖育種體系，都可以獲得一定的遺傳進展。但是很顯然，開放育種體系進展更快，差距達13元/頭/年。因此，在5年的育種規(guī)劃中，如果采用閉鎖育種體系，可能投入相對較少，但是同時也失去了很多獲得遺傳進展的機會。

圖4為PIC的開放育種體系和閉鎖育種體系公豬經(jīng)濟效益的比較。和母系相似，閉鎖育種體系可以取得遺傳進展，甚至比母系的結(jié)果更好。因為父系遺傳力是通過本身測得的，因此父系遺傳力更高。因此，就父系而言，開放育種體系和閉鎖育種體系的差異較小，但是仍然很客觀，其差距在11元/頭/年。

1.2結(jié)果

在一些國家，兩種育種體系都會應(yīng)用，得到的結(jié)果與模型預(yù)測結(jié)果也非常接近。因此，在過去幾年，PIC也積極與這些企業(yè)合作，幫助他們引入基因，加快育種進程。現(xiàn)在，他們也通過購進優(yōu)秀種公豬精液來進行繁殖。但問題的關(guān)鍵是，兩種育種體系的差異為何如此巨大？原因主要有兩個，商品豬數(shù)據(jù)和基因組信息。下面以PIC的純系遺傳改良流程為例進行論述。

1.2.1商品豬數(shù)據(jù)

核心群公豬的第1份精液會流進商品豬場，我們將這些有系譜信息的商品豬在商業(yè)化環(huán)境中飼養(yǎng)，對其生產(chǎn)性能進行測定。隨后，將商品豬場收集的信息反饋到數(shù)據(jù)庫，從而幫助核心種豬場進行選種決策。我們的每個育種方案均采集近10萬頭商品豬的信息，其中超過6萬頭采集了屠宰數(shù)據(jù)，它們均達到大體重標準。在該項目中，改善最明顯的是生長育肥階段的死亡率（圖5）。圖5中2條線分別代表引入商品豬數(shù)據(jù)和未引入商品豬信息的遺傳進展。引入商品豬數(shù)據(jù)后該性狀的遺傳進展翻倍。這種顯現(xiàn)有據(jù)可循，因為上級育種場的健康管理更為嚴格，死亡率極低，很難發(fā)現(xiàn)哪個系譜的死亡率結(jié)果更好，哪個較差。我們要給這些后代提供一定的環(huán)境風(fēng)險，其中有一些無法抵抗風(fēng)險就會死亡，從而收集相關(guān)信息。我們設(shè)置的風(fēng)險只是進行部分篩選和淘汰，并不是要這些豬都死亡。通過這種育種體系，將我們原有廣受歡迎的商品豬品系進行改良，克服其原來死亡率高的缺點，讓生存力成為該品系的優(yōu)點。

圖3　PCI和閉鎖育種體系母豬經(jīng)濟效益比較

圖4　PCI和閉鎖育種體系公豬經(jīng)濟效益比較

圖5　引入商場豬數(shù)據(jù)對死亡率遺傳進展影響

1.2.2基因組信息

另一個造成2種育種體系遺傳進展巨大差異的因素是基因組信息。事實上，目前許多育種公司都在應(yīng)用基因組信息。2013年P(guān)IC公司全面展開個體基因組信息的應(yīng)用。這一舉措帶來的結(jié)果是遺傳進展的飛速提升。這對于母系品系來說尤為重要。

1.3結(jié)論

PIC的開放育種體系與閉鎖育種體系相比，遺傳進展差異非常大，其比閉鎖育種體系給每頭母豬多創(chuàng)造13元/年的價值，給每頭公豬多創(chuàng)造11元/年的價值。因此，請勿封閉育種群進行閉鎖選育，而要充分利用PIC快速持續(xù)遺傳改良的優(yōu)勢。

2　養(yǎng)豬業(yè)遺傳滯后的價值及其管理

之前我一直圍繞提高遺傳改良速度進行闡述，我們一直認為縮短遺傳滯后可以加快遺傳進展。因此，我請一位實習(xí)生去計算遺傳滯后的影響究竟有多大。在該項目中，我們測算曾祖代種豬場和育種核心群的遺傳價值的差異，在此引入1個參數(shù)可調(diào)節(jié)的模型。將輸入?yún)?shù)調(diào)整在低水平，該水平代表了亞洲的普遍水平。之后，將輸入?yún)?shù)調(diào)節(jié)到我們推薦的高水平。該研究表明，如果將原有水平提高到推薦水平，將可以把遺傳滯后縮短2.2年。這比我所預(yù)期的結(jié)果要大得多。統(tǒng)一進程，不同體系帶來的遺傳指數(shù)相差了43.3個點，約合14.1元/頭商品豬，這一差異相當于母系1.8年的遺傳進展。因此遺傳滯后的研究意義重大，而這常被行業(yè)忽視。

2.1 影響遺傳滯后的4大要素

影響遺傳滯后的4個主要因素見表1。我們通過一項研究，探索哪種因素對遺傳因素的影響更大?；仡欀爸v過的遺傳金字塔，我們知道，曾祖代是傳遞遺傳進展的重要介質(zhì)，因此我們將高、中、低3個水平的曾祖代公豬指數(shù)分別設(shè)置為130、110和90。同時我們考慮到核心群母豬年替換率的影響，3個水平的年替換率分別為65 %、58 %和50 %。選擇強度也是其中重要因素，我們通過純繁率對其進行定量，一般情況下，我們將純繁和雜交母豬飼養(yǎng)在同一豬場。為了提高育種效率，我們應(yīng)該將指數(shù)較高的母豬用于純繁，其余用作雜交。因此，我們會將指數(shù)排在前10 %的母豬用于純繁。另一重要因素是選擇的準確性，其中包含基因組信息帶來的選擇準確性的提高。低水平組不僅表型準確性差，而且基因型信息也不全，而高水平組表型和基因型信息的準確性都更高。

2.1.1影響因素的比較通過控制變量法，在分析某一因素時，其他因素均保持在高水平狀態(tài)，分析上述4個因素的作用大小，我們得到以下結(jié)果，影響最大的因素是曾祖代公豬指數(shù)，指數(shù)為90和指數(shù)為130的公豬對商品豬造成的差距為6.5元/頭；其次是母豬的年更換率；再次是純繁率；最后是選擇的準確性。總之，4個因素都很重要，但影響程度不同。因此，我們要保證用于純繁的曾祖代公豬的指數(shù)高。

2.2如何管理遺傳滯后

2.2.1使用高指數(shù)公豬

我們建議曾祖代純繁公豬年更換率為150 %，這個數(shù)字很驚人。據(jù)我了解，中國公豬站的公豬可以使用2年，甚至更長時間。如果我們將公豬沿用2年，在這2年中遺傳改良已經(jīng)有大大進步，這樣的公豬就會遠遠落后于改良的公豬。因此，我們建議客戶提高公豬更換率，這樣他們的公豬指數(shù)會得到明顯提升。這一要求是針對曾祖代純繁公豬，而非商品代公豬。但是，我們還是不建議將公豬使用2年以上。

2.2.2保持較高的母豬年更換率

我們建議選擇高指數(shù)的后備母豬，有條件時盡可能淘汰低指數(shù)的個體，選用高指數(shù)。根據(jù)我們暑期調(diào)研結(jié)果，母豬年更換率應(yīng)保持在65 %以上。這一數(shù)值對于您來說也許很驚人，但是，我們并不要求您的商品母豬場保持這樣的更換率，但是曾祖代肩負著傳遞優(yōu)良基因的使命，需要快速更替。

2.2.3使用高遺傳潛力的母豬用于純繁

使用高遺傳潛力的母豬用于純繁，要求我們要掌握每頭母豬的遺傳指數(shù)，因此，我們要收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計算出母豬的遺傳指數(shù)。將母豬遺傳指數(shù)進行排序，在配種時，將指數(shù)排在前10 %的母豬用于純繁。這項工作的工作量很大，但是會帶來巨大價值。

2.2.4提高選擇的準確性

要提高選擇的準確性，最好應(yīng)用基因組信息，這樣選擇的準確性可提高35 %。

2.3結(jié)論

簡言之，縮短遺傳滯后可以帶來巨大的經(jīng)濟效益。將其從低水平改進到高水平，可以使商品豬的利潤增加14.1元/頭。今天我們只介紹了曾祖代核心群的遺傳管理，祖代公豬的管理也很重要，這是我們給下一位實習(xí)生的工作。改善遺傳滯后的途徑要從4個影響因素入手，將曾祖代豬場的公豬年更換率提高到150 %以上，提高曾祖代公豬指數(shù)；核心群母豬年更換率要達到65 %；選用核心群中遺傳指數(shù)高的母豬（純繁指數(shù)為前10 %的母豬）用于純繁，從而改良核心群母豬；以及通過遺傳信息使選擇的準確性提高35 %。