豬育種技術(shù)研究進(jìn)展

任慧波，朱 吉，崔清明，鄧 緣，劉瑩瑩，胡雄貴，李華麗，陳 晨

（湖南省畜牧獸醫(yī)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410131）

豬的育種工作是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其根本目的是利用豬豐富的遺傳資源，采取科學(xué)有效的選育方法，選育出適合市場(chǎng)需要的優(yōu)良種豬，建立完整的雜交繁育體系，提供經(jīng)遺傳改良的良種豬，并使其發(fā)揮出最大的遺傳潛能，實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)的養(yǎng)豬生產(chǎn)。

隨著人們生活水平的提高、豬育種理論研究的深入和科學(xué)育種技術(shù)的不斷進(jìn)步，豬的育種已從群體水平進(jìn)入分子水平，從傳統(tǒng)育種方法向基因型育種方向發(fā)展。育種技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了豬育種進(jìn)程，提升了育種效率，促進(jìn)了養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本文就豬的主要育種技術(shù)進(jìn)行了綜述。

1 常規(guī)育種技術(shù)

1.1 性能測(cè)定技術(shù)

隨著概率論、線性代數(shù)、多元統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和超聲技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得某些數(shù)量性狀的表現(xiàn)值如生長(zhǎng)速度、背部脂肪厚度、瘦肉量等可以通過(guò)隨機(jī)抽樣來(lái)測(cè)定，并借助數(shù)學(xué)模型來(lái)分析研究遺傳參數(shù)，預(yù)測(cè)遺傳動(dòng)態(tài)，指導(dǎo)育種工作。由此可見(jiàn)，數(shù)量遺傳學(xué)理論的發(fā)展完善催生了種豬測(cè)定，種豬測(cè)定結(jié)果的應(yīng)用成就了育種新技術(shù)新方法的發(fā)展與應(yīng)用[1]。種豬性能測(cè)定起源于丹麥。1907年，丹麥?zhǔn)讋?chuàng)了豬的測(cè)定站，對(duì)豬實(shí)行后裔測(cè)定制度。

種豬性能測(cè)定是提高種豬質(zhì)量，為遺傳評(píng)估和育種提供科學(xué)數(shù)據(jù)的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，是育種的基礎(chǔ)[2]。

種豬性能測(cè)定的方法可分為個(gè)體性能測(cè)定、同胞測(cè)定和后裔測(cè)定。個(gè)體性能測(cè)定是指對(duì)需要估計(jì)性能素質(zhì)的個(gè)體直接進(jìn)行測(cè)定。同胞測(cè)定是指對(duì)需要估計(jì)性能素質(zhì)個(gè)體的半同胞和全同胞進(jìn)行測(cè)定。提高測(cè)定的同胞數(shù)可以改善測(cè)定的可靠性。采取后裔測(cè)定會(huì)使世代間隔加長(zhǎng)，而且測(cè)定能力有限，這將影響性狀的年遺傳改進(jìn)量。目前，世界各國(guó)多采用個(gè)體性能測(cè)定與同胞測(cè)定，或個(gè)體性能測(cè)定與后裔測(cè)定相結(jié)合的綜合測(cè)定制度。

種豬測(cè)定從測(cè)定場(chǎng)所的角度可分為中心測(cè)定和場(chǎng)內(nèi)測(cè)定。中心測(cè)定的目的是在相同的環(huán)境條件下比較來(lái)自不同種群的公豬。通過(guò)這樣的比較，可增加不同群體間遺傳的聯(lián)系，提高國(guó)家或地區(qū)性遺傳評(píng)估的準(zhǔn)確性。主要測(cè)定性狀包括：30～100 kg平均日增重、平均飼料轉(zhuǎn)化率、達(dá)到100 kg體重活體背膘厚、眼肌面積。場(chǎng)內(nèi)性能測(cè)定是遺傳發(fā)育體系中最關(guān)鍵的組成部分，適用于豬繁殖性能和生長(zhǎng)性狀的測(cè)定。主要測(cè)定性狀包括：個(gè)體達(dá)100 kg背膘厚、100 kg日齡和總產(chǎn)仔數(shù)。場(chǎng)內(nèi)母豬生產(chǎn)力的測(cè)定有助于生產(chǎn)者管理其豬群，產(chǎn)仔數(shù)遺傳評(píng)估可識(shí)別群體中最好的母豬和公豬[3]。

1.2 遺傳評(píng)估技術(shù)

最佳線性無(wú)偏預(yù)測(cè)（best linear unbiased prediction,BLUP）方法是選擇指數(shù)法的一個(gè)推廣，可以在估計(jì)育種值的同時(shí)對(duì)系統(tǒng)環(huán)境效應(yīng)和群體間固定遺傳差異進(jìn)行估計(jì)和校正。

20世紀(jì)80年代中后期，BLUP法開始用于豬的遺傳評(píng)估，大大提高了遺傳改良的速度。如加拿大1985年開始應(yīng)用BLUP法以來(lái)，背膘厚的改良速度提高了50%，目標(biāo)體重日齡的改良速度提高了100%～200%，2個(gè)性狀的年遺傳進(jìn)展分別為0.35 mm/年及1.5 d/年。此外，美國(guó)、丹麥、荷蘭等國(guó)也主要應(yīng)用BLUP法估計(jì)豬育種值；一些著名的育種公司如PIC、DEKALB等，也應(yīng)用BLUP法進(jìn)行種豬的選擇。我國(guó)1996年開始在部分種豬場(chǎng)中使用BLUP育種值估計(jì)方法，2000年在全國(guó)種豬遺傳評(píng)估中推行。選擇基本性狀有3個(gè)：達(dá)100 kg體重日齡、達(dá)100 kg體重活體背膘厚和總產(chǎn)仔數(shù)。BLUP法在我國(guó)豬育種中已取得很好的應(yīng)用效果，如重慶市種畜場(chǎng)/重慶華牧集團(tuán)應(yīng)用動(dòng)物模型BLUP估計(jì)育種值選擇法系大白豬，在日齡、背膘厚和總產(chǎn)仔數(shù)上的5年總體遺傳改進(jìn)分別為0.325、0.101和0.104[4]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及在豬育種中的應(yīng)用，目前用于種豬遺傳評(píng)估的方法越來(lái)越多，多性狀動(dòng)物模型BLUP法是發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用的先進(jìn)、科學(xué)的評(píng)估方法，為此，國(guó)內(nèi)外開發(fā)出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，如PEST、MTEBV、GENESIS等，用于場(chǎng)內(nèi)和地區(qū)性的遺傳評(píng)估。

2 分子育種技術(shù)

2.1 豬基因圖譜的構(gòu)建

基因圖譜是描述表型性狀控制基因在染色體上線性排列的相對(duì)遺傳位置和實(shí)際物理位置的圖譜，一般包括遺傳連鎖圖譜和物理圖譜；隨著理論和技術(shù)的發(fā)展，基因圖譜還包含了表達(dá)圖譜和轉(zhuǎn)錄圖譜等。其中，遺傳連鎖圖譜又稱遺傳圖譜或連鎖圖譜，是在參考家系的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析分子標(biāo)記間的連鎖關(guān)系而得到的，標(biāo)記間的遺傳距離以厘摩（cM）為基本單位，反映了標(biāo)記在染色體上的相對(duì)位置；物理圖譜則是在遺傳圖譜基礎(chǔ)上，通過(guò)區(qū)間定位等方法確定基因或標(biāo)記在染色體上的實(shí)際物理位置，標(biāo)記間的物理距離以堿基對(duì)數(shù)（bp）為基本單位，反映了標(biāo)記在染色體上的絕對(duì)位置[5]。

動(dòng)物基因圖譜是動(dòng)物基因組結(jié)構(gòu)和功能研究以及數(shù)量性狀座位（QTL）定位研究的基礎(chǔ)，也是動(dòng)物育種的主要依據(jù)和手段。通過(guò)基因圖譜可了解其生產(chǎn)性能、抗病力、抗應(yīng)激能力等諸多性狀的基因結(jié)構(gòu)與功能，采用標(biāo)記輔助選擇或基因型選擇法改良畜禽，通過(guò)反求遺傳學(xué)分離或處理某些重要基因，研究不同動(dòng)物基因組型及進(jìn)化關(guān)系等[6]。

分子標(biāo)記技術(shù)的迅速發(fā)展極大地促進(jìn)了基因圖譜的構(gòu)建。豬基因圖譜構(gòu)建工作始于20世紀(jì)80年代末、90年代初，主要集中在歐洲和美國(guó)。我國(guó)在20世紀(jì)末啟動(dòng)了家豬基因組計(jì)劃，成功構(gòu)建了豬的基因圖譜。

2.2 經(jīng)濟(jì)性狀主效基因和QTL定位

數(shù)量性狀座位（quantitative trait loci,QTL）的概念是由Geldermann（1975年）最先提出的，指控制數(shù)量性狀的基因在基因組中的位置，是影響數(shù)量性狀的一個(gè)染色體片段，是對(duì)某一數(shù)量性狀有一定決定作用的單個(gè)基因或微效多基因簇[7]。

豬的大多數(shù)重要經(jīng)濟(jì)性狀如生長(zhǎng)、繁殖、肉質(zhì)等性狀屬于數(shù)量性狀，其受微效多基因控制并呈現(xiàn)連續(xù)性變異分布，遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜，且易受到環(huán)境影響，表現(xiàn)型難以準(zhǔn)確鑒定。長(zhǎng)期以來(lái)，只能借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析。隨分子標(biāo)記技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，動(dòng)物遺傳連鎖圖譜和物理圖譜的日臻完善，各國(guó)科學(xué)家利用精心設(shè)計(jì)的用于基因分離的資源家系群體，通過(guò)基因組掃描技術(shù)，已定位了眾多影響生長(zhǎng)性狀、胴體性狀、繁殖性狀、肉質(zhì)性狀QTLs。

截至2018年6月，數(shù)據(jù)庫(kù)Animal QTLdb中已囊括了663個(gè)豬經(jīng)濟(jì)性狀共27 465個(gè)QTLs；其中，肉質(zhì)和胴體性狀14 748個(gè)、健康相關(guān)性狀6 074個(gè)、繁殖性狀2 058個(gè)等。在大量的豬QTL中，主效基因或QTL主要有：肉質(zhì)相關(guān)的HAL、RN基因，產(chǎn)仔數(shù)性狀相關(guān)的 ESR、FSHβ、PRLR、RBP4 基因，影響肌內(nèi)脂肪沉積的H-FABP和A-FABP基因，影響生長(zhǎng)發(fā)育的GH、MC4R、IGF1和IGF2基因等。其中HAL、ESR、FSHβ等基因已經(jīng)成功應(yīng)用于我國(guó)豬育種實(shí)踐。

2.3 標(biāo)記輔助選擇

標(biāo)記輔助選擇（marker assisted selection,MAS）就是利用傳統(tǒng)常規(guī)育種與現(xiàn)代分子生物技術(shù)相結(jié)合的方式，對(duì)特定主效基因或數(shù)量性狀基因座位在遺傳標(biāo)記輔助下區(qū)分其基因型。其基本路線是：尋找包含QTL的染色體片段（10～20 cM），標(biāo)定QTL的位置（5 cM），找到與QTL緊密連鎖的遺傳標(biāo)記（1～2 cM），在這些區(qū)域內(nèi)找到可能的候選基因，尋找與性狀變異有關(guān)的特定基因，尋找特定基因的功能位點(diǎn)，在遺傳標(biāo)記輔助下準(zhǔn)確地對(duì)特定性狀進(jìn)行選擇[8]。

在豬育種實(shí)踐中實(shí)施標(biāo)記輔助選擇時(shí)，可利用的分子標(biāo)記一般分為3種類型，一是直接標(biāo)記，這類標(biāo)記位于目標(biāo)性狀的主效基因內(nèi)，直接決定著性狀的表達(dá)，如氟烷基因。這是最理想的一種標(biāo)記，即基因輔助選擇。二是連鎖不平衡標(biāo)記，這類標(biāo)記與真正控制目標(biāo)性狀的QTL處于高度連鎖不平衡狀態(tài)，它們與功能突變位點(diǎn)的連鎖相在不同群體中是大致相同的。三是連鎖平衡標(biāo)記，它們與功能突變位點(diǎn)在群體范圍內(nèi)往往處于連鎖平衡狀態(tài)。

標(biāo)記輔助選擇與常規(guī)選種方法相比，具有更大的信息量，同時(shí)不易受環(huán)境的影響，且沒(méi)有性別、年齡的限制，因而允許進(jìn)行早期選種，可縮短世代間隔，提高選擇強(qiáng)度，從而提高選種的效率和準(zhǔn)確性質(zhì)，尤其是對(duì)限性性狀、低遺傳力性狀及難以測(cè)量的性狀，其效果更為明顯[9]。

2.4 全基因組選擇

全基因組選擇（genomic selection,GS）由Meuwissen等于2001年最先提出，其實(shí)質(zhì)為全基因組范圍的MAS。全基因組選擇的理論基礎(chǔ)是應(yīng)用整個(gè)基因組的標(biāo)記信息和各性狀值來(lái)估計(jì)每個(gè)標(biāo)記或染色體片段的效應(yīng)值，然后將效應(yīng)值加和即得到基因組育種值（GEBV）[10]。

與MAS相比，GS的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在早期選擇準(zhǔn)確率高；對(duì)于較難實(shí)施選擇的性狀，如低遺傳力性狀和難以測(cè)定的性狀等具有重大影響；能控制選配、減少群體近交、縮短世代間隔、提高遺傳進(jìn)展等。

豬基因組測(cè)序的完成和豬高密度單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms,SNP）芯片的產(chǎn)生，給豬基因組選擇的應(yīng)用提供了條件。自2010年以來(lái)，世界各國(guó)的豬育種工作都開始嘗試將全基因選擇作為新的育種手段加以應(yīng)用。PIC公司對(duì)產(chǎn)仔總數(shù)、生長(zhǎng)速度、采食量和眼肌面積等不同性狀進(jìn)行了全基因組選擇，其GEBV估計(jì)的準(zhǔn)確性是常規(guī)方法的兩倍[11]。2012年，TOPIGS公司宣布將全基因組選擇技術(shù)應(yīng)用于豬育種中，對(duì)公豬膻味、飼料轉(zhuǎn)化率等性狀進(jìn)行選擇，以期改善其肉質(zhì)，提高種豬的競(jìng)爭(zhēng)力；同年6月，該公司宣布在種母豬的育種中全面開始使用全基因組選擇技術(shù)，以期提高種豬繁殖力。在國(guó)內(nèi)，廣東溫氏集團(tuán)于2011年在我國(guó)率先啟動(dòng)豬的基因組選擇研究[12]。2013年，我國(guó)首例采用全基因組選擇技術(shù)選育的1頭杜洛克公豬誕生。

3 繁殖生物技術(shù)

3.1 人工授精技術(shù)

豬人工授精技術(shù)體系主要包括種公豬精液采集、稀釋、保存（液態(tài)和冷凍保存）和人工輸精等多個(gè)環(huán)節(jié)。

豬精液保存方法主要有液態(tài)保存和冷凍保存。液態(tài)保存精液分為常溫（15～17℃）和低溫保存（4～5℃）兩種，即精液采集后與稀釋液以一定比例作等溫稀釋，然后緩慢降溫至特定溫度區(qū)間并保持恒溫，液態(tài)精液使用受時(shí)間和空間限制。與液態(tài)精液保存相比，豬精液冷凍保存操作相對(duì)較復(fù)雜、要求的技術(shù)較高，理論上可突破時(shí)間和空間的限制。豬人工授精技術(shù)從20世紀(jì)50年代開始在世界各地廣泛應(yīng)用，到目前為止，主要的精液保存方法還是用液態(tài)保存法。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，研究者們終于探索出針對(duì)豬精液和精子特性的濃縮、降溫平衡和解凍工藝；在目前非洲豬瘟疫情形勢(shì)嚴(yán)峻的大背景下，豬冷凍精液開始受到豬育種和生產(chǎn)企業(yè)重視和青睞，極大地推動(dòng)了其商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)程[13]。精液冷凍保存技術(shù)的應(yīng)用，大幅度提高了優(yōu)良種公豬精子利用率，從而獲得了數(shù)量可觀的種公豬后代，擴(kuò)大了其在豬群遺傳改良中的作用，也促進(jìn)了人工授精的推廣與應(yīng)用。

利用人工授精技術(shù)，不僅可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)量的適配母豬個(gè)體在特定時(shí)間里面統(tǒng)一配種，便于現(xiàn)代化豬育種場(chǎng)的管理，降低育種成本；而且有效提高了豬精液的使用效率，提高了母豬受胎率和繁殖率，充分發(fā)揮了優(yōu)秀種公豬的效能，使得優(yōu)良種豬遺傳基因的遺傳擴(kuò)大，而且加速了豬品種的改良步伐[14]。

3.2 克隆技術(shù)

克隆是指生物體通過(guò)體細(xì)胞進(jìn)行的無(wú)性繁殖以及由無(wú)性繁殖形成的基因型完全相同后代個(gè)體組成的種群，這門生物技術(shù)叫做克隆技術(shù)。

在20世紀(jì)50年代，非洲爪蟾（兩棲動(dòng)物）被成功地克隆，揭開了細(xì)胞生物學(xué)的新篇章。1997年，綿羊多利克隆成功震動(dòng)了整個(gè)世界，也拉開了哺乳動(dòng)物體細(xì)克隆的序幕[15]。2000年，世界第1頭成年體細(xì)胞核移植克隆豬誕生[16]。2005年8月5日，我國(guó)首例體細(xì)胞克隆豬由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以小香豬胎兒體細(xì)胞作為核供體，歷經(jīng)1年半的時(shí)間在河北三河明慧豬場(chǎng)誕生。

克隆技術(shù)對(duì)于選育優(yōu)良品種及瀕危動(dòng)物的保護(hù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 基因工程技術(shù)

4.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)

動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)是通過(guò)基因工程技術(shù)把某一特定基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞里，并通過(guò)整合到受體細(xì)胞的基因組中，使該動(dòng)物獲得該基因的遺傳特性，從而改造動(dòng)物品種，獲得人類所需要的特定動(dòng)物的一種技術(shù)[17]。

1985年，Hammer等首次將人的生長(zhǎng)激素基因（hGH）導(dǎo)入豬的受精卵而獲得成功，hGH基因表達(dá)的轉(zhuǎn)基因豬與同窩非轉(zhuǎn)基因豬比較，生長(zhǎng)速度和飼料利用率有明顯提高，胴體脂肪率也明顯降低，但轉(zhuǎn)基因豬亦伴有雌性不育、胃潰瘍和關(guān)節(jié)腫脹等副反應(yīng)[18]。我國(guó)轉(zhuǎn)基因豬的研究起步于20世紀(jì)80年代，并在“七五”、“八五”期間取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。1998年，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)利用原核顯微注射技術(shù)制備了我國(guó)首例轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因豬，生長(zhǎng)速度和飼料利用率明顯改善；之后成功獲得生長(zhǎng)激素轉(zhuǎn)基因豬第2、3、4代共215頭，初步建立起了轉(zhuǎn)基因豬的生產(chǎn)技術(shù)體系。

豬的轉(zhuǎn)基因技術(shù)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展已日漸完善。隨著新的基因編輯技術(shù)、胚胎克隆、體細(xì)胞克隆等研究方法不斷涌現(xiàn)，豬轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)展并相繼取得新突破，同時(shí)也推動(dòng)了生命科學(xué)研究的發(fā)展。

4.2 基因編輯技術(shù)

基因編輯技術(shù)是指利用基因工程的基本原理對(duì)動(dòng)物基因組的靶向基因進(jìn)行有目的的編碼修飾，并結(jié)合體細(xì)胞克隆和胚胎移植等技術(shù)手段，獲得經(jīng)過(guò)基因修飾的個(gè)體，且可穩(wěn)定遺傳給子代的一種生物技術(shù)。

基因編輯技術(shù)則是對(duì)物種本身的基因進(jìn)行各種“粘貼復(fù)制”或者“剪切替換”等修飾，從而抑制機(jī)體內(nèi)“不好”基因的表達(dá)，促進(jìn)機(jī)體內(nèi)“好”基因的表達(dá)，且不具有引入未知成分的風(fēng)險(xiǎn)，相較于轉(zhuǎn)基因技術(shù)其安全性更高、可控性更強(qiáng)[19]。

基因編輯技術(shù)在豬育種領(lǐng)域主要應(yīng)用在豬經(jīng)濟(jì)性狀改良、抗病育種、疾病動(dòng)物模型構(gòu)建等方面，前景廣闊。

5 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)豬育種的方向?qū)⑹秦i瘦肉組織的生長(zhǎng)效率、肉品質(zhì)、抗逆性、健康和繁殖效率等的綜合提高。由于單一的育種技術(shù)有其自身的局限性，不能完成育種目標(biāo)，只有各種技術(shù)相互融合應(yīng)用，才能大大提高豬的育種進(jìn)展和效率。