美國(guó)動(dòng)物育種規(guī)劃及其對(duì)中國(guó)的啟示

顏志輝，馮 濤，王愛(ài)玲，趙靜娟，串麗敏，鄭懷國(guó)*

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100097；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100097）

畜禽良種是畜牧業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，美國(guó)的動(dòng)物育種研究和育種產(chǎn)業(yè)處于全球領(lǐng)先地位。美國(guó)制定戰(zhàn)略規(guī)劃引導(dǎo)國(guó)內(nèi)科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界思考動(dòng)物育種領(lǐng)域未來(lái)的主要發(fā)展方向以及面臨的主要科學(xué)問(wèn)題，并制定中長(zhǎng)期目標(biāo)和實(shí)施策略；同時(shí)通過(guò)國(guó)際合作對(duì)其他國(guó)家的研究起到影響和帶動(dòng)作用。從該角度來(lái)講，美國(guó)的動(dòng)物育種發(fā)展規(guī)劃不僅影響本國(guó)動(dòng)物種業(yè)的發(fā)展，也對(duì)全球動(dòng)物種業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。正如美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）國(guó)家食品和農(nóng)業(yè)研究所副主任Parag Chitnis在“USDA動(dòng)物基因組到表型藍(lán)圖2018—2027研討會(huì)”上指出，規(guī)劃藍(lán)圖不是預(yù)測(cè)未來(lái)，而是為未來(lái)指明方向，新的規(guī)劃藍(lán)圖應(yīng)該是首創(chuàng)的，通過(guò)制定動(dòng)物基因組計(jì)劃藍(lán)圖可以引導(dǎo)其他國(guó)家如中國(guó)、歐洲等一起在相關(guān)研究領(lǐng)域上投入資金和人力。筆者系統(tǒng)分析了USDA及其下屬主要農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)（USDA Agricultural Research Service，ARS）的規(guī)劃文件及其相關(guān)文件，以期為中國(guó)的畜禽育種發(fā)展提供借鑒。

1 美國(guó)動(dòng)物育種的相關(guān)規(guī)劃

1.1 《動(dòng)物生產(chǎn)行動(dòng)計(jì)劃2018—2022》 USDA ARS于1996年開(kāi)始實(shí)施國(guó)家計(jì)劃以組織其研究項(xiàng)目，動(dòng)物生產(chǎn)行動(dòng)計(jì)劃始于彼時(shí)，它引領(lǐng)美國(guó)動(dòng)物生產(chǎn)相關(guān)研究工作，為消費(fèi)者提供充足的、有競(jìng)爭(zhēng)力的、高品質(zhì)的動(dòng)物產(chǎn)品，同時(shí)確保國(guó)內(nèi)糧食安全，并提高動(dòng)物生產(chǎn)的效率和競(jìng)爭(zhēng)力、環(huán)境可持續(xù)性，保護(hù)動(dòng)物遺傳資源?！秳?dòng)物生產(chǎn)行動(dòng)計(jì)劃（2013—2018）》中，動(dòng)物育種的目的是通過(guò)充分理解、掌握并有效利用動(dòng)物遺傳和基因組資源實(shí)現(xiàn)動(dòng)物的遺傳改良，具體包括發(fā)展生物信息學(xué)和基因組大小定量技術(shù)以及相應(yīng)手段和工具、進(jìn)行基因組學(xué)和宏基因組學(xué)研究、研究功能基因組作用通路及其相互作用、保存動(dòng)物遺傳資源、制定和實(shí)施基因改造的遺傳改良計(jì)劃、提升動(dòng)物的基因改造和基因工程技術(shù)水平等內(nèi)容。

《動(dòng)物生產(chǎn)行動(dòng)計(jì)劃（2018—2022）》大體框架在延續(xù)上一個(gè)五年計(jì)劃基礎(chǔ)上稍作延伸，如在動(dòng)物遺傳資源保護(hù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步挖掘動(dòng)物遺傳資源的遺傳特征[1]。該行動(dòng)計(jì)劃包含以下與動(dòng)物育種相關(guān)的一般策略和具體行動(dòng)：

1）提高生產(chǎn)效率，同時(shí)提高不同生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)物福利和繁殖效率。隨著奶牛產(chǎn)奶量增加其受孕率降低、豬的季節(jié)性不孕需要特別關(guān)注。對(duì)于繁殖效率和生產(chǎn)效率這一對(duì)矛盾的生物學(xué)機(jī)制知之甚少，最近在奶牛和其他畜種基因組的研究將有助于全面分析控制生產(chǎn)效率和生殖效率的基因，從而加深對(duì)這些問(wèn)題的理解。

2）挖掘和有效利用動(dòng)物的遺傳和基因組資源。在復(fù)雜性狀功能基因組特征揭示及其相互作用的研究中，轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)研究有助于揭示動(dòng)物的基因型和表型之間的聯(lián)系，通過(guò)闡明這些組學(xué)遺傳效應(yīng)及其與不同性狀的相互作用進(jìn)而發(fā)揮遺傳學(xué)和基因組學(xué)研究的價(jià)值，利用測(cè)序和復(fù)雜基因組注釋以及高分辨率的基因圖譜將表型變異與基因型聯(lián)系起來(lái)?；蚪M資源的有效利用需要發(fā)展基因組學(xué)和宏基因組學(xué)研究中的生物信息學(xué)和其他分析技術(shù)，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，遺傳多樣性和基因注釋參考序列、高通量蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等技術(shù)在提高基因組研究分析能力的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，迫切需要生物信息學(xué)研究手段和工具對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘。過(guò)去幾十年普遍采用種內(nèi)或品系內(nèi)近親繁殖以提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，因此維持動(dòng)物種群的遺傳多樣性至關(guān)重要。利用基因組工具制定和實(shí)施基因改良計(jì)劃，將遺傳評(píng)價(jià)項(xiàng)目中現(xiàn)有的性狀擴(kuò)展到所有動(dòng)物上，并應(yīng)包括營(yíng)養(yǎng)利用效率、繁殖能力和壽命、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、動(dòng)物行為、健康、抗病性和抗應(yīng)激能力等特征。改進(jìn)動(dòng)物遺傳修飾和基因工程技術(shù)，包括同一物種內(nèi)基因、不同物種的同源基因、不同物種的獨(dú)立基因以及人工設(shè)計(jì)合成基因等途徑。

1.2 《USDA ARS戰(zhàn)略規(guī)劃 2018—2020》 ARS戰(zhàn)略規(guī)劃主要描述其負(fù)責(zé)的國(guó)家研究計(jì)劃，并描述了該機(jī)構(gòu)在4個(gè)主要戰(zhàn)略性目標(biāo)領(lǐng)域的規(guī)劃和活動(dòng)。在其上一個(gè)規(guī)劃文件《USDA ARS戰(zhàn)略規(guī)劃2012—2017年》中戰(zhàn)略目標(biāo)4提到，ARS動(dòng)物生產(chǎn)和保護(hù)國(guó)家研究計(jì)劃的使命是提供科學(xué)的信息和工具，幫助支持美國(guó)畜牧業(yè)在世界貿(mào)易中繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，保障國(guó)內(nèi)所需的畜禽產(chǎn)品供應(yīng)，并為全球糧食安全做出貢獻(xiàn)。其中與動(dòng)物育種緊密相關(guān)的內(nèi)容包括保護(hù)和利用動(dòng)物遺傳資源以及相關(guān)的遺傳和基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，并開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的生物信息學(xué)工具；開(kāi)發(fā)用于改進(jìn)動(dòng)物生產(chǎn)系統(tǒng)的信息、工具和技術(shù)，保障畜牧業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力以及健康、可持續(xù)發(fā)展，為人民提供豐富、安全、廉價(jià)的畜禽產(chǎn)品[2]。

《USDA ARS戰(zhàn)略規(guī)劃 2018—2020》總體框架仍延續(xù)其上一個(gè)五年規(guī)劃內(nèi)容，具體包括：

1）識(shí)別動(dòng)物生產(chǎn)與動(dòng)物生長(zhǎng)中生理、營(yíng)養(yǎng)利用、生殖生理、健康和福利相關(guān)性狀潛在遺傳和/或生理機(jī)制，并利用這些信息提高動(dòng)物的生產(chǎn)效率。

2）發(fā)展基因組學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施和工具，以有效識(shí)別基因、功能以及與環(huán)境因素的相互作用，開(kāi)發(fā)適用于動(dòng)物基因組改進(jìn)的方案。

3）進(jìn)一步識(shí)別動(dòng)物重要性狀的種質(zhì)特征，并繼續(xù)增加國(guó)家動(dòng)物種質(zhì)庫(kù)中種質(zhì)資源的存儲(chǔ)量，以保持生物多樣性[3]。

1.3 《USDA動(dòng)物基因組學(xué)研究藍(lán)圖2008—2017》《USDA動(dòng)物基因組學(xué)研究藍(lán)圖2008—2017》是由USDA的Ronnie Green和Muquarrab Qureshi牽頭成立的USDA動(dòng)物基因組學(xué)戰(zhàn)略規(guī)劃團(tuán)隊(duì)于2007年9月完成的首個(gè)動(dòng)物基因組研究藍(lán)圖，其2018—2027版動(dòng)物基因組學(xué)研究藍(lán)圖目前正在制定中。

美國(guó)通過(guò)動(dòng)物改良極大地提高優(yōu)質(zhì)、低價(jià)和安全畜禽產(chǎn)品的供應(yīng)能力，這很大程度上得益于USDA在數(shù)量遺傳學(xué)和動(dòng)物分子生物學(xué)研究中的投入以及這些新技術(shù)在生產(chǎn)中的迅速推廣。通過(guò)加大在動(dòng)物基因組技術(shù)領(lǐng)域的投入，促進(jìn)了基因發(fā)現(xiàn)、基因組測(cè)序以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域新技術(shù)在畜牧業(yè)的應(yīng)用，使畜牧業(yè)在基因組革命中占據(jù)一席之地。雖然數(shù)量遺傳學(xué)在提高肉、蛋、奶生產(chǎn)效率方面取得了巨大進(jìn)步，但要滿(mǎn)足人們對(duì)多種畜禽產(chǎn)品的需求仍需進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率[4]。

1.3.1 動(dòng)物育種技術(shù)應(yīng)用 動(dòng)物基因組學(xué)研究的目標(biāo)是利用基礎(chǔ)科學(xué)提高動(dòng)物生產(chǎn)水平?；蚪M信息與動(dòng)物育種和動(dòng)物生產(chǎn)管理結(jié)合將在短期內(nèi)產(chǎn)生效果，如更準(zhǔn)確和快速的動(dòng)物遺傳改良率、更好的動(dòng)物適應(yīng)性、利用基因組技術(shù)實(shí)現(xiàn)親緣關(guān)系的快速鑒定等。動(dòng)物基因組學(xué)研究有利于獨(dú)特動(dòng)物種質(zhì)資源的保存，保障生物多樣性，其影響更為深遠(yuǎn)。由于數(shù)量遺傳學(xué)在美國(guó)動(dòng)物育種計(jì)劃中的廣泛應(yīng)用以及基因組信息更快速地被挖掘，基因組學(xué)研究的應(yīng)用首先體現(xiàn)在動(dòng)物改良、管理和生物安全領(lǐng)域。USDA支持的動(dòng)物基因組學(xué)研究、培訓(xùn)和推廣工作將向畜牧生產(chǎn)者提供以下技術(shù)：

1）全基因組的動(dòng)物育種導(dǎo)致選育成本和世代間隔顯著降低。探索高密度單核苷酸多態(tài)性（SNP）圖譜與物種內(nèi)單倍型信息結(jié)合的可能性，以使重要性狀的“全基因組選擇”用于動(dòng)物育種。這種方法可加快遺傳改良，同時(shí)減少育種過(guò)程中后代檢測(cè)成本。此外，SNP標(biāo)記可用于監(jiān)測(cè)整個(gè)基因組中一個(gè)以上（多個(gè)）性狀的選擇，從而獲得精確的遺傳改良。

2）將表型與基因組數(shù)據(jù)結(jié)合用于預(yù)測(cè)遺傳價(jià)值。為了充分利用基因組信息的遺傳改良能力，需要將數(shù)量遺傳學(xué)理論和平臺(tái)與基因組數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，并加強(qiáng)軟件研究和開(kāi)發(fā)，以整合所有形式的基因組信息，建立大規(guī)模的遺傳評(píng)估系統(tǒng)?；诨蚪M動(dòng)物改良過(guò)程的關(guān)鍵步驟是開(kāi)發(fā)用于記錄復(fù)雜和難以測(cè)量性狀表型的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)。

3）將基因組數(shù)據(jù)整合到大規(guī)模的遺傳評(píng)估程序中，并使用基因組信息來(lái)設(shè)計(jì)精準(zhǔn)化配對(duì)系統(tǒng)?；蚪M信息將用于預(yù)測(cè)復(fù)雜性狀的遺傳值，由此產(chǎn)生的工具也將用于精確配對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。基因組的精準(zhǔn)信息納入配對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可使近交的累積效應(yīng)最小化，可預(yù)測(cè)的配對(duì)將優(yōu)化使用非加性遺傳變異的特征，其中雜交優(yōu)勢(shì)尤為重要。表觀遺傳效應(yīng)結(jié)合基因組數(shù)據(jù)可取得更好的效果。

4）優(yōu)化動(dòng)物生產(chǎn)管理制度。基因組信息也將為精準(zhǔn)動(dòng)物生產(chǎn)管理系統(tǒng)的發(fā)展提供基礎(chǔ)。利用動(dòng)物基因型信息可為動(dòng)物精確地選擇最適的生產(chǎn)環(huán)境，改善動(dòng)物福利。例如，一些肉牛和奶牛的基因型可能更適合草場(chǎng)放牧系統(tǒng)，而不適合舍飼系統(tǒng)。飼養(yǎng)方案和防疫計(jì)劃也可以根據(jù)動(dòng)物的基因型進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，從而提高生產(chǎn)效率，并獲取較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5）基因組進(jìn)行親緣關(guān)系鑒定和身份驗(yàn)證（可追溯性）。開(kāi)發(fā)用于動(dòng)物個(gè)體鑒定和親緣關(guān)系鑒定的高通量基因分型系統(tǒng)將對(duì)畜牧業(yè)產(chǎn)生直接的影響。高通量SNP基因分型系統(tǒng)有望商業(yè)化服務(wù)于大多數(shù)畜禽企業(yè)。利用基因組技術(shù)可為動(dòng)物溯源提供一種快速、經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)單的識(shí)別手段，從而提高食品安全性。

1.3.2 動(dòng)物育種基礎(chǔ)研究 基因組技術(shù)用于動(dòng)物改良、生產(chǎn)管理和生物安全之前，必須填補(bǔ)對(duì)動(dòng)物基因結(jié)構(gòu)和功能理解的關(guān)鍵空白。動(dòng)物基因結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)新知識(shí)的快速地發(fā)現(xiàn)需要跨學(xué)科合作，利用最先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)和方法，包括系統(tǒng)生物學(xué)和比較基因組學(xué)。系統(tǒng)生物學(xué)將所有的生物組成及其相互作用結(jié)合起來(lái)分析，這將促進(jìn)基因和調(diào)控元件功能的識(shí)別和確定。比較基因組學(xué)是利用從已完成的基因組序列獲得的信息來(lái)解析畜禽基因組知識(shí)的重要工具。在物種間高度保守的DNA序列可能是重要的功能基因或調(diào)控因子。由于短時(shí)間內(nèi)不太可能對(duì)所有重要畜禽的基因組測(cè)序，利用比較基因組學(xué)可以推測(cè)相關(guān)物種之間的遺傳信息。在短期內(nèi)推進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)研究的優(yōu)先順序：

1）鑒定調(diào)控畜禽重要性狀的基因和基因產(chǎn)物。在畜禽基因組學(xué)中的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量數(shù)量性狀基因位點(diǎn)（QTL）的基因組區(qū)域，用于各種重要經(jīng)濟(jì)性狀的研究。比較基因組學(xué)將是發(fā)現(xiàn)跨物種保守基因以及物種內(nèi)可能引起物種特異性和表型變異基因的重要工具。此外，利用蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)研究方法識(shí)別調(diào)節(jié)畜禽生產(chǎn)性狀的新蛋白質(zhì)也值得關(guān)注。

2）研究系統(tǒng)生物學(xué)范疇調(diào)節(jié)畜禽重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)基因的機(jī)制。雖然已經(jīng)掌握了調(diào)節(jié)個(gè)體基因的機(jī)制，但仍需要研究在動(dòng)物系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的許多基本機(jī)制。使用DNA芯片、微陣列或下一代測(cè)序技術(shù)研究不同組織、動(dòng)物群體和環(huán)境條件下基因的表達(dá)譜，可以鑒定新基因并研究其時(shí)空表達(dá)。進(jìn)一步優(yōu)化基因敲除（如RNA干擾）或基因插入技術(shù)在動(dòng)物中的應(yīng)用。

3）研究基因和遺傳變異影響表型和表型變異的機(jī)制。需要闡明復(fù)雜性狀的上位效應(yīng)、與環(huán)境的相互作用以及其對(duì)表型的影響。開(kāi)發(fā)明確、標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)物表型描述或知識(shí)本體，尤其是難以測(cè)量的表型。開(kāi)發(fā)高效、系統(tǒng)和全面的表型篩選程序和工具以更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室之間的比較。動(dòng)物種內(nèi)和種間單倍型的鑒定將增強(qiáng)性狀的映射，并最終鑒定這些引起表型變異的基因突變。

1.3.3 動(dòng)物育種基礎(chǔ)設(shè)施 動(dòng)物育種基礎(chǔ)設(shè)施主要指先進(jìn)的基因組工具和資源，以及訓(xùn)練有素的技術(shù)人員。動(dòng)物基因組學(xué)中基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)先順序：

1）開(kāi)發(fā)基因型與表型相結(jié)合闡明不同畜禽復(fù)雜性狀的基因組工具，這些工具包括全面且高分辨率的基因組圖譜、組裝和注釋的基因組序列。

2）整合各個(gè)動(dòng)物物種的基因組、表型和實(shí)驗(yàn)信息的國(guó)家級(jí)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)和生物信息學(xué)工具。為有效利用動(dòng)物基因組學(xué)中所產(chǎn)生的資源，需要設(shè)計(jì)、構(gòu)建和維護(hù)大型綜合數(shù)據(jù)庫(kù)以及將這些數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息集成到各種統(tǒng)計(jì)和生物信息學(xué)工具中。

3）動(dòng)物遺傳資源群體表型研究集中存儲(chǔ)且可供研究團(tuán)體使用。集中存儲(chǔ)設(shè)施需要具有足夠的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)以保存獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種群，收集這些動(dòng)物的基因型和表型信息，并使該群體能夠用于農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)學(xué)研究。重點(diǎn)是動(dòng)物種群的常見(jiàn)性狀以及復(fù)雜、難以測(cè)量性狀（如飼料效率、抗病性、動(dòng)物福利、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境適應(yīng)性）表型測(cè)量方法的開(kāi)發(fā)和研究。

4）關(guān)于動(dòng)物基因組學(xué)的教育和培訓(xùn)。教育培訓(xùn)中應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)將數(shù)量遺傳學(xué)、基因組學(xué)、免疫學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與動(dòng)物科學(xué)結(jié)合，以幫助年輕一代研究人員在跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)工作。全球培養(yǎng)動(dòng)物基因組學(xué)領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的高等院校數(shù)量正在迅速減少，如果這種趨勢(shì)無(wú)法逆轉(zhuǎn)，美國(guó)很可能在數(shù)量遺傳學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算生物學(xué)綜合領(lǐng)域面臨失去培養(yǎng)新興科學(xué)家的能力。

1.4 《USDA研究教育和經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃（2014版）》《USDA研究教育和經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃（REE）》旨在指導(dǎo)和幫助協(xié)調(diào)整個(gè)部門(mén)的研究活動(dòng)，它進(jìn)一步劃定了USDA與農(nóng)業(yè)科學(xué)和教育有關(guān)的創(chuàng)新研究重點(diǎn)。2012年USDA首次制定REE行動(dòng)計(jì)劃，并于2014年進(jìn)行了修訂。REE每年形成1個(gè)年度報(bào)告，總結(jié)其年度工作進(jìn)展及成就。

REE行動(dòng)計(jì)劃中的增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)中提到動(dòng)物遺傳、遺傳資源生物技術(shù)是與畜禽育種緊密相關(guān)的戰(zhàn)略規(guī)劃之一[5]。

1.4.1 戰(zhàn)略目標(biāo) 利用基因組科學(xué)產(chǎn)生新的基礎(chǔ)知識(shí)提高動(dòng)物生產(chǎn)的可持續(xù)性和生產(chǎn)效率。通過(guò)保存、挖掘及有效地利用生物遺傳多樣性，進(jìn)行生物技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)收益評(píng)估研究，準(zhǔn)確、科學(xué)地通知監(jiān)管機(jī)構(gòu)，支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并促進(jìn)消費(fèi)者認(rèn)可，并向衛(wèi)生及公共服務(wù)部、食品藥品監(jiān)督管理局、國(guó)務(wù)院和美國(guó)聯(lián)邦航空局提供有關(guān)信息。

1.4.2 行動(dòng)計(jì)劃 增強(qiáng)目標(biāo)動(dòng)物的遺傳資源和基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的研究能力，并擴(kuò)大動(dòng)物種質(zhì)收集的能力，以增加新的實(shí)驗(yàn)性基因組/遺傳庫(kù)存。開(kāi)發(fā)和推廣農(nóng)業(yè)基因產(chǎn)品、生產(chǎn)技術(shù)，基于特定的環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值提高生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、動(dòng)物健康和動(dòng)物福利。開(kāi)發(fā)和應(yīng)用遺傳、基因組技術(shù)和序列信息，以加速動(dòng)物育種進(jìn)程，提高動(dòng)物生產(chǎn)、繁殖性能和畜禽產(chǎn)品質(zhì)量。進(jìn)一步研究基因型與表型的關(guān)系，以及在不同環(huán)境中DNA序列信息轉(zhuǎn)化為具有生物學(xué)特性分子的過(guò)程，這將實(shí)現(xiàn)基于預(yù)測(cè)育種值的目標(biāo)育種。開(kāi)發(fā)具有最佳營(yíng)養(yǎng)含量的畜禽新品種/品系，以增強(qiáng)人類(lèi)健康為重要特征，比如改進(jìn)動(dòng)物脂肪酸的組成。開(kāi)發(fā)用于分析復(fù)雜基因組的工具，包括開(kāi)發(fā)和支持相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)，使研究人員能夠生成和利用動(dòng)植物基因組結(jié)構(gòu)和功能的新知識(shí)，以支持動(dòng)物的遺傳改良。鑒定基因產(chǎn)物，挖掘畜禽產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的分子機(jī)制。開(kāi)發(fā)和利用有效的方法來(lái)保護(hù)動(dòng)物資源遺傳多樣性，并利用遺傳多樣性開(kāi)發(fā)具有新性狀和特性的動(dòng)物品種，如研究動(dòng)物抵御疾病以及適應(yīng)極端環(huán)境的機(jī)制。開(kāi)發(fā)和實(shí)施新的分子和基因組技術(shù)策略，如增加對(duì)高通量基因分型和表型技術(shù)的使用以加速動(dòng)物育種，包括適用于野外的表型分類(lèi)、數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取及分析工具。支持協(xié)調(diào)大規(guī)模的表型數(shù)據(jù)獲取、遙感數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)集成、分析和建模。對(duì)具有新表型和基因型的特殊遺傳資源進(jìn)行性狀分析。增加數(shù)據(jù)管理、集成、可視化、分析和建模的工具和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施研發(fā)。授權(quán)農(nóng)民使用新一代的遺傳和基因組技術(shù)和工具以及遺傳和基因組資源。

2 中美動(dòng)物育種規(guī)劃對(duì)比分析

2.1 美國(guó)動(dòng)物育種規(guī)劃布局 美國(guó)關(guān)于動(dòng)物育種的多個(gè)規(guī)劃文件均圍繞動(dòng)物育種領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題，且各有側(cè)重，在重要的研究方向上存在不同程度的繼承和延伸。經(jīng)過(guò)梳理和概括，總結(jié)出以下幾個(gè)主要方向：

1）基礎(chǔ)研究主要集中在動(dòng)物基因結(jié)構(gòu)和功能注釋?zhuān)约盎?、遺傳變異對(duì)表型和表型變異的影響及其機(jī)制研究。

2）利用動(dòng)物基因結(jié)構(gòu)和功能研究結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)育種。利用動(dòng)物基因型信息為動(dòng)物精確地選擇最適的生產(chǎn)環(huán)境，挖掘動(dòng)物的生產(chǎn)潛力；開(kāi)發(fā)能夠提供符合人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)需要的動(dòng)物性產(chǎn)品的畜禽新品種/品系；結(jié)合表型的基因組數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)遺傳價(jià)值；利用高通量基因分型和表型技術(shù)加速動(dòng)物育種進(jìn)程；開(kāi)發(fā)基因編輯新技術(shù)和基因組改造技術(shù)，以提高育種研發(fā)的速度和效率。

3）基因組研究工具、數(shù)據(jù)庫(kù)以及生物信息工具平臺(tái)的開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)將基因型與表型有機(jī)聯(lián)系以闡明不同畜禽復(fù)雜性狀遺傳技術(shù)的基因組工具，包括全面且高分辨率的基因組圖譜、組裝和注釋的基因組序列；整合各個(gè)動(dòng)物物種的基因組、表型和實(shí)驗(yàn)信息的國(guó)家級(jí)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，并開(kāi)發(fā)統(tǒng)計(jì)和生物信息學(xué)工具。

4）加強(qiáng)動(dòng)物種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)。擴(kuò)充動(dòng)物種質(zhì)資源庫(kù)，增強(qiáng)動(dòng)物種質(zhì)資源包括基因組、組織、細(xì)胞、精液、胚胎等多種遺傳資源形式收集的能力，以增加新的實(shí)驗(yàn)性基因組/遺傳庫(kù)存，提高動(dòng)物種質(zhì)資源多樣性以及優(yōu)良種質(zhì)資源的利用效率。

2.2 中國(guó)動(dòng)物育種規(guī)劃布局 農(nóng)業(yè)部制定實(shí)施了《中國(guó)奶牛群體遺傳改良計(jì)劃（2008—2020年）》、《全國(guó)生豬遺傳改良計(jì)劃（2009—2020年）》和《全國(guó)肉牛遺傳改良計(jì)劃（2011—2025年）》、《全國(guó)肉羊遺傳改良計(jì)劃（2015—2025）》等，從核心種畜禽場(chǎng)遴選、性能測(cè)定及登記、遺傳評(píng)估與優(yōu)秀凍精推廣等方面制定了發(fā)展計(jì)劃[6-9]，對(duì)于動(dòng)物育種研究的規(guī)劃布局方面涉及不多。

國(guó)家自然基金委員會(huì)在2017年10月召開(kāi)的“動(dòng)物優(yōu)良種質(zhì)創(chuàng)制的關(guān)鍵理論和技術(shù)”雙清論壇上規(guī)劃了未來(lái)5～10年動(dòng)物育種領(lǐng)域主要科學(xué)問(wèn)題和資助重點(diǎn)，包括中國(guó)地方特色畜禽的肉品質(zhì)、繁殖性能、生長(zhǎng)速度、抗性等種質(zhì)特性精準(zhǔn)鑒定及其遺傳基礎(chǔ)研究，動(dòng)物活體表型高通量智能精準(zhǔn)鑒定的基礎(chǔ)理論及方法技術(shù)研究，利用分子設(shè)計(jì)育種與生育信息學(xué)結(jié)合的優(yōu)良種畜禽定向創(chuàng)制及高效擴(kuò)繁理論與技術(shù)，畜禽基因組DNA功能元件解釋及利用Hi-C、ChIA-PET等技術(shù)解析基因組空間構(gòu)象對(duì)基因表達(dá)調(diào)控和重要經(jīng)濟(jì)性狀的影響機(jī)制研究，影響畜禽重要經(jīng)濟(jì)性狀的腸道菌群組成及其與宿主基因組互作的基礎(chǔ)研究[10]。

3 啟示與借鑒

綜上分析，美國(guó)動(dòng)物育種領(lǐng)域的戰(zhàn)略規(guī)劃和研究布局切合生產(chǎn)需求，規(guī)劃內(nèi)容詳實(shí)且具有較好的連貫性，其制定程序充分利用專(zhuān)家智慧，反復(fù)論證，這些都值得中國(guó)參考和借鑒。

3.1 動(dòng)物育種規(guī)劃主體框架具有延續(xù)性 美國(guó)動(dòng)物育種相關(guān)規(guī)劃文件在主要構(gòu)成內(nèi)容上具有較好的延續(xù)性，能夠圍繞動(dòng)物育種主要科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行持續(xù)性的資助，這也使得其相關(guān)研究具有系統(tǒng)性。中國(guó)關(guān)于動(dòng)物育種領(lǐng)域規(guī)劃在動(dòng)物育種領(lǐng)域主要內(nèi)容需要進(jìn)一步具體和細(xì)化，進(jìn)一步明確主要研究領(lǐng)域和研究問(wèn)題，并持續(xù)地予以資助。

3.2 規(guī)劃制定充分利用專(zhuān)家智慧 美國(guó)動(dòng)物育種領(lǐng)域規(guī)劃文件的形成是領(lǐng)域?qū)＜胰后w智慧的結(jié)晶，其提出的發(fā)展方向和研究路徑具有較高的權(quán)威性和科學(xué)性。在規(guī)劃制定過(guò)程中首先制定一個(gè)初步框架，然后組織專(zhuān)家召開(kāi)研討會(huì)，根據(jù)領(lǐng)域主題設(shè)定幾個(gè)討論組，組內(nèi)專(zhuān)家經(jīng)過(guò)充分討論之后，概括總結(jié)出該主題未來(lái)發(fā)展方向、主要科學(xué)問(wèn)題、方法路徑等，最后各個(gè)主題匯總形成領(lǐng)域內(nèi)規(guī)劃文本，廣泛征求意見(jiàn)并修訂后形成規(guī)劃文件，從上至下，再?gòu)南轮辽系囊?guī)劃制定方法既保證了問(wèn)題的全面性，也保證了目標(biāo)的聚焦性。中國(guó)國(guó)家自然基金委在凝練未來(lái)5～10年動(dòng)物育種領(lǐng)域主要科學(xué)問(wèn)題時(shí)采用了領(lǐng)域?qū)＜已杏懙姆椒?，然而更多傾向于為基金管理提供支撐，尚未上升到國(guó)家規(guī)劃性文件的層次，畜牧業(yè)管理部門(mén)有必要針對(duì)不同畜種發(fā)展現(xiàn)狀制定更為詳盡的針對(duì)性發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。

3.3 加強(qiáng)動(dòng)物育種研究方法和工具的開(kāi)發(fā) 美國(guó)動(dòng)物育種研究規(guī)劃中對(duì)研究方法、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、分析工具的開(kāi)發(fā)等特別重視，能夠針對(duì)動(dòng)物育種研究中遇到的問(wèn)題開(kāi)發(fā)出原創(chuàng)性的工具、方法，并與企業(yè)合作研制出商品化分析工具產(chǎn)品，這一點(diǎn)特別值得學(xué)習(xí)和借鑒。中國(guó)的動(dòng)物育種研究規(guī)劃和項(xiàng)目資助重點(diǎn)是利用應(yīng)用已有方法工具開(kāi)展拓展性研究，對(duì)動(dòng)物育種研究方法和工具開(kāi)發(fā)的重視程度有待加強(qiáng)。

3.4 動(dòng)物育種人才的培養(yǎng) 美國(guó)動(dòng)物育種領(lǐng)域已經(jīng)意識(shí)到下一代育種人才的缺乏，尤其是充分掌握各種組學(xué)技術(shù)、生物信息分析、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的動(dòng)物育種人才的缺乏，并在人才培養(yǎng)方面提出了應(yīng)對(duì)措施。中國(guó)動(dòng)物育種領(lǐng)域主要包括動(dòng)物科學(xué)、分子生物學(xué)以及部分生物信息學(xué)人才，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)多學(xué)科交叉的新一代動(dòng)物育種人才的培養(yǎng)，提高中國(guó)動(dòng)物育種人才的研究技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。