GBS育種分析系統(tǒng)在家畜育種學實驗教學中的應用

白俊艷，楊又兵，李廣錄

（河南科技大學動物科技學院，河南 洛陽 471003）

家畜育種學是高等農(nóng)業(yè)院校動物科學專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，是一門從理論和方法上研究如何逐代改進家畜群體的遺傳結構以不斷地提高其生產(chǎn)性能的一門學科。家畜育種學與遺傳學和畜牧生產(chǎn)有關的其他學科密切相關，是多學科相互滲透和彼此結合的結果。近年來，國內(nèi)外的家畜育種學發(fā)展迅速，新理論和新研究成果不斷涌現(xiàn)，新方法和新技術在生產(chǎn)中發(fā)揮了越來越大的作用，因此家畜育種學的內(nèi)容也在不斷豐富。各個高校針對各自實際情況對家畜育種學進行了不同程度的教學改革［1-6］，劉榜等［7］以互動教學模式探討家畜育種學的教學方式，趙艷紅等［8］積極將家畜育種學建設為資源共享課程，白俊艷等［9］在家畜育種學的實驗教學內(nèi)容上進行了改革實踐。但很少見到將GBS育種分析系統(tǒng)應用到家畜育種學教學中，因此，該研究重點介紹在家畜育種學實驗教學中如何應用GBS育種分析系統(tǒng)。

目前河南科技大學動物科技學院在家畜育種學實驗教學中普遍存在的現(xiàn)象是：由于實驗內(nèi)容相對較少，且學生的動手機會很少，實驗課上學生的動手操作積極性不高，實驗報告也存在抄襲現(xiàn)象。針對以上問題，有必要對家畜育種學實驗內(nèi)容進行改革，從而提高學生的動手能力和學習積極性。

1 種豬場管理與育種分析系統(tǒng)（GBS）簡介

種豬場管理與育種分析系統(tǒng)（GBS）憑借中國農(nóng)業(yè)大學專業(yè)技術支撐，充分結合國際先進的種豬科學管理經(jīng)驗，遵循我國種豬飼養(yǎng)標準規(guī)范，總結我國權威種豬飼養(yǎng)專家的育種養(yǎng)殖和經(jīng)營管理經(jīng)驗，運用現(xiàn)代計算機技術實現(xiàn)種豬生長繁育全生命周期及種豬企業(yè)日常經(jīng)營管理的規(guī)范化、科學化、透明化。系統(tǒng)的核心業(yè)務功能包括：智能預警、種豬管理、生產(chǎn)性能、育種分析、商品豬管理、銷售管理、獸醫(yī)保健、物資管理等（見圖1）。針對河南科技大學動物科技學院的具體情況，將GBS育種分析系統(tǒng)在家畜育種學實驗教學中進行應用，具體應用到以下幾個方面。

圖1 GBS育種分析系統(tǒng)結構圖

2 GBS育種分析系統(tǒng)的應用

2.1 生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)

利用GBS育種分析系統(tǒng)進行后續(xù)的育種值估計或其他遺傳分析時，其數(shù)據(jù)資料的準備也很關鍵，可以自己在“生產(chǎn)性能”（見圖1左側）里事先錄入不同個體的生產(chǎn)性能，如公豬的背膘厚、瘦肉率、目標體重日齡、日增重，還有母豬的產(chǎn)仔數(shù)等性能也要錄入進去，也可以直接把外面的數(shù)據(jù)資料導入到GBS育種分析系統(tǒng)以備后續(xù)分析用。GBS育種分析系統(tǒng)中的生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)錄入環(huán)節(jié)也可以在實驗課上進行現(xiàn)場錄入數(shù)據(jù)，但由于受到時間限制只能簡單錄入少量的數(shù)據(jù)，讓學生清楚生產(chǎn)性能錄入過程。后續(xù)的分析是需要大量的數(shù)據(jù)資料的，因此，可以另找時間指導學生一次性導入大批數(shù)據(jù)資料，以備后續(xù)工作調(diào)用這些數(shù)據(jù)資料。

2.2 利用GBS育種分析系統(tǒng)進行育種值估計

家畜育種值的估計在家畜育種中是最為重要的，育種值估計不準確，可能會導致把不太優(yōu)秀的個體選為種畜，則會影響后代的生產(chǎn)性能。目前，育種值估計應用最為廣泛的方法為BLUP法，即最佳線性無偏預測（best linear unbiased prediction，BLUP），是在混合線性模型基礎上發(fā)展起來的一種新型育種值估計方法。

圖2 育種值估計模型的定義

圖3 GBS育種分析系統(tǒng)中育種值估計

首先要先準備好進行育種值估計的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)資料的準備一般是按照個體號、父親號、母親號、固定因子（如年份、季節(jié)、性別、牧場等均作為固定因子）、性狀等順序排列，尤其注意的是個體號一定要按照從小到大的順序排列。其次是分析模型的定義（見圖2），不同的家畜群體其在育種值估計過程中可能應用的模型是不同的，因此育種值估計之前還需要對模型進行定義，如總產(chǎn)仔數(shù)模型、日增重模型等均為單性狀模型，而日齡-背膘厚兩性狀模型則主要考慮日齡和背膘厚這2個性狀。也就是說想估計哪個性狀育種值就選哪個模型，在GBS育種分析系統(tǒng)模型定義中把豬育種中的目標性狀都包括了，所以利用GBS育種分析系統(tǒng)進行育種值估計更為簡便。除了模型定義外，還有軟件中其他參數(shù)需要根據(jù)情況進行定義或選擇，如收斂標準和最大的迭代次數(shù)等也可以根據(jù)實際情況進行修訂，也可以默認不做修改，這些其他參數(shù)一般軟件是自帶的。

GBS育種分析系統(tǒng)就是利用BLUP法對家畜個體育種值進行了估計（見圖3，因此GBS育種分析系統(tǒng)可以應用于育種學的實驗內(nèi)容，也可以應用于家畜育種的理論課教學中。如圖3示，利用GBS育種分析系統(tǒng)的育種分析模塊，則會出現(xiàn)圖3話框，依次從左向右點擊其按鈕就可以進行育種值的估計。對于結果可以在結果查詢中看到相應個體的育種值，還可以得到整個家畜群體的遺傳進展。那么育種值估算完后，還要根據(jù)育種值的高低對現(xiàn)有群體的個體進行排序，然后從中把最優(yōu)秀的個體選留作種畜，所以在這個過程中還需要借助于Excel將導出來的育種值數(shù)據(jù)進行排序等操作，最終選出優(yōu)秀的種畜。在這個育種值估計過程中，還能輸出一些其他重要的結果，如性狀的遺傳力、性狀之間的遺傳相關、性狀的加性效應值等，對于GBS育種分析系統(tǒng)來說，其統(tǒng)計和分析功能很全的。

圖4 近交系數(shù)的計算

2.3 利用GBS育種分析系統(tǒng)進行近交系數(shù)計算

GBS育種分析系統(tǒng)在家畜育種學實驗教學中的應用還可以用于計算個體的近交系數(shù)。在種畜的選配過程中需要盡量避免近交，近交嚴重時會導致近交衰退，因此在選配前有必要先了解每個個體的近交系數(shù)。如果手動計算個體的近交系數(shù)，則需要繪制個體的通徑鏈，然后按照計算公式代入計算，對于一個養(yǎng)殖場來說，群體規(guī)模大，手動計算每個家畜個體的近交系數(shù)耗時太久。GBS育種分析系統(tǒng)能提供給很簡便的方法，由于編程人員已經(jīng)將近交系數(shù)計算公式嵌入到GBS育種分析系統(tǒng)，故只需要選定要計算近交系數(shù)的群體，設定好追溯系數(shù)的代數(shù)，就可以對選定群體中的每個個體近交系數(shù)進行計算（見圖4）。GBS育種分析系統(tǒng)計算近交系數(shù)的前提是要有龐大的系譜數(shù)據(jù)資料，而且資料里面的個體編號不能有重復個體，祖代的個體編號要排在系譜資料的前面，后代的個體編號要排在系譜資料的后面。系譜資料的數(shù)據(jù)越多，近交系數(shù)計算結果越精確。

2.4 利用GBS育種分析系統(tǒng)進行選配計劃

圖5 選配計劃

選配是動物育種工作的一個重要環(huán)節(jié)，它是人為決定公、母畜的配偶，以有目的地組合后代的遺傳基礎。簡單來說，就是在后備種畜中將優(yōu)秀個體選擇出來，然后根據(jù)品質(zhì)選配或親緣選配這2種選配策略讓公、母畜進行交配。而GBS育種分析系統(tǒng)就恰好提供了這2種選配策略的計算模塊（見圖5），如果采用血統(tǒng)選配（即親緣選配）需要先計算血統(tǒng)相關系數(shù)，然后才可以進行血統(tǒng)選配。在血統(tǒng)選配過程中選配的個體一般都有一定的親緣關系，一般選配母畜和公畜會追溯到一個共同祖先，如果到共同祖先的代數(shù)在6代以內(nèi)的，則屬于近交，一般追溯的共同祖先最好在6代以后，這樣交配雙方的親緣關系比較遠，也因此避免了近交衰退的出現(xiàn)。另一種則是根據(jù)公、母畜的品質(zhì)（性狀）進行選配，可以根據(jù)公、母畜的性狀的相同、相似或相反而進行同質(zhì)選配或異質(zhì)選配。

3 結語

GBS育種分析系統(tǒng)可以在家畜育種學的實驗教學中進行應用。由于實驗時間有限，而GBS育種分析系統(tǒng)內(nèi)容龐大而豐富，因此也可以將GBS育種分析系統(tǒng)中的部分內(nèi)容應用于家畜育種學理論教學中，教師可以在理論課堂上展示GBS育種分析系統(tǒng)的操作過程。通過將GBS育種分析系統(tǒng)在家畜育種學實驗教學中進行應用，提高了學生學習的積極性，增長了學生的專業(yè)技能。

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