河北開展豬基因組聯(lián)合育種初探

羅文學(xué) ，段曉紅 ，張軍輝 ，駱 菲 ，丁向東 ，王貴江,3，倪俊卿 ，郭彥軍 ，謝冰輝 ，王拴柱

（1.河北省畜牧良種工作總站 050061；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 100193；3.河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系石家莊綜合試驗(yàn)推廣站 050061）

雖然我國種業(yè)科技進(jìn)步明顯，但由于生豬養(yǎng)殖業(yè)育種基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備差、育種手段落后、育種意識(shí)不強(qiáng)，形成了“引種—擴(kuò)繁—銷售—退化—再引種”惡性循環(huán)圈，在品種水平上距離國際先進(jìn)仍有差距，在源頭上制約了生豬養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，這就需要我們必須未雨綢繆，積極開展育種工作，只有長期堅(jiān)持育種,擇優(yōu)選良,才會(huì)帶來良好的遺傳進(jìn)展。種豬選種選育技術(shù)水平的高低是影響?zhàn)B豬業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素,基因組選擇是依據(jù)基因型和表型信息建立的參考群數(shù)據(jù)模型, 通過個(gè)體基因型預(yù)測表型值，通過性狀測定獲得全基因組育種值，結(jié)合該個(gè)體所帶的分子標(biāo)記，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算出每一個(gè)分子標(biāo)記所對應(yīng)的染色體片段的育種值大小，然后再對所要選擇的個(gè)體進(jìn)行全基因組育種值估計(jì)并進(jìn)行選擇的過程。由于基因GEBV計(jì)算可以不依賴系譜記錄和表型信息對剛出生的小公豬進(jìn)行基因組估計(jì)育種值，進(jìn)行選擇，縮短了世代間隔，提高了選擇強(qiáng)度，提高選種準(zhǔn)確性，降低育種成本，尤其對提高低遺傳力、難測定性狀（比如繁殖性狀、屠宰性狀、肉質(zhì)性狀等）的遺傳進(jìn)展更加具有優(yōu)勢，真正實(shí)現(xiàn)了基因組技術(shù)指導(dǎo)育種實(shí)踐[1]。同時(shí)能夠捕獲種豬基組中全部遺傳變異，提高了選擇準(zhǔn)確性。周子文等[2]研究利用后裔測定驗(yàn)證大白豬基因組選擇實(shí)施效果研究，結(jié)果表明,兩次基因組遺傳評(píng)估,在去勢前進(jìn)行公豬基因組選擇具有較高的準(zhǔn)確性,可實(shí)現(xiàn)種豬早期選擇；通過基因組選擇能夠挑選出優(yōu)秀種公豬,可將其遺傳優(yōu)勢傳遞給后代。高質(zhì)量的測序結(jié)果需要大量的測序數(shù)據(jù)支持，增加了初期的測定成本；但隨著測序方法和芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來個(gè)體基因測序費(fèi)用將不斷降低，分型準(zhǔn)確性也不斷提高，基因組選擇將逐步替代傳統(tǒng)育種方法，為動(dòng)物育種改良帶來一次新的技術(shù)革命?；蚪M聯(lián)合育種就是將相同或相近育種目標(biāo)的種豬場組織起來，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、性能測定制度和選擇方法，統(tǒng)一進(jìn)行遺傳評(píng)估（省遺傳評(píng)估中心）,實(shí)施統(tǒng)一的基因組指數(shù)應(yīng)用方案，構(gòu)建大規(guī)模、高質(zhì)量的基因混合參考群，從而實(shí)現(xiàn)種豬生產(chǎn)性狀的跨場遺傳評(píng)估和育種值的跨場比較，加快遺傳進(jìn)展,增加種豬效應(yīng),加快育種進(jìn)展和提高群體性能水平，形成良種繁育體系，實(shí)現(xiàn)河北省生豬育種群生長、繁育性能的快速選種選育，提升河北種豬育種水平；為更好有序科學(xué)的開展豬基因組育種工作，特編制大約克夏種豬基因組育種實(shí)施方案，供河北種豬場開展基因育種以借鑒。

1 構(gòu)建參考群體

參考群體是基因組選擇的基礎(chǔ)，用于提供估計(jì)標(biāo)記效應(yīng)所需的表型和標(biāo)記基因型數(shù)據(jù)，直接預(yù)測候選個(gè)體基因組育種值，用以種豬選留。因此構(gòu)建高質(zhì)量的參考群體十分關(guān)鍵，要求參考群體數(shù)量足夠、家系分布均衡、表型測定準(zhǔn)確、系譜信息準(zhǔn)確。

1.1 參與建立基因組參考群的種豬場應(yīng)滿足的條件

1.1.1 飼養(yǎng)加系大約克夏種豬,取得《種畜禽生產(chǎn)經(jīng)營許可證》；

1.1.2 完整正確的系譜記錄，測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與精確性；

1.1.3 有完備的育種設(shè)施和條件，固定的育種部門和種豬測定技術(shù)人員，應(yīng)用相同的性能測定規(guī)程，在相對一致的環(huán)境、人員、飼料等條件下開展種豬生產(chǎn)性能測定，使場內(nèi)測定工作能正常有序開展。

1.2 參考群體建立原則

參考群體構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)：公母豬必須有生長性能測定成績；母豬還需有繁殖性能成績；生長性能測定成績要在大群測定的正負(fù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)；避免過多參考群個(gè)體來源同一個(gè)血統(tǒng)公豬，保證參考群體的代表性。

1.3 品種選擇

為滿足參考群數(shù)量需要，選擇飼養(yǎng)加系大約克夏種豬存欄規(guī)模500 頭以上種豬企業(yè)參與構(gòu)建參考群體。

1.4 性狀測定（基因組選擇額外測定性狀用粗體表示）

1.4.1 生長性狀：115kg體重日齡、115kg背膘厚、115kg眼肌面積。（30～115kg日增重、體長、 體高、胸寬）、飼料效率(30～115kg(注意 115kg 結(jié)測)料肉比或剩余采食量)。

1.4.2 繁殖性狀：總產(chǎn)仔數(shù)、產(chǎn)活仔數(shù)、健仔數(shù)、初生個(gè)體重、出生窩重、出生重均勻度、斷奶仔豬數(shù)、斷奶個(gè)體重、斷奶窩重、首次發(fā)情日齡、斷奶到發(fā)情間隔、分娩間距、乳頭數(shù)（出生與結(jié)測各一次）等。

1.4.3 胴體性狀：胴體長、胴體斜長、胴體背膘厚、胴體眼肌面積、屠宰率、后腿比例、瘦肉率。

1.4.4 肉質(zhì)性狀：肉色、系水力、pH值、滴水損失、大理石紋、肌內(nèi)脂肪、嫩度。

1.4.5 原精質(zhì)量：采精量、密度、顏色、精子活力和精子畸形率。

種豬場應(yīng)在設(shè)備條件、人員能力允許的情況下盡可能多的測定上述表型性狀，以建立更加適合本場的基因組育種值預(yù)測方程，更好的選出適合本場的優(yōu)質(zhì)豬種?；蚪M選擇對飼料效率和肉質(zhì)選育具有常規(guī)選育無法比擬的優(yōu)勢，建議各豬場積極開展場內(nèi)生產(chǎn)性能測定。如場內(nèi)條件不具備的，可委托河北省種豬質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心進(jìn)行生長性能、胴體性狀和肉質(zhì)性狀等的測定。

1.5 統(tǒng)一采樣要求

為保證基因組選擇參考群體質(zhì)量，統(tǒng)一參考群體采樣要求，統(tǒng)一采樣操作程序。

1.5.1 篩選參考群體對性狀的統(tǒng)一要求

1.5.1.1 參考群體個(gè)體115kg時(shí)生長性狀測定，主要包括體重日齡、眼肌面積、背膘厚、眼肌厚、飼料報(bào)酬等性狀，要求公母各半進(jìn)行測定。 眼肌面積測定保存圖片，文件名以個(gè)體號(hào)命名。

1.5.1.2 參照全國種豬遺傳評(píng)估中心數(shù)據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)，對基因組選擇參與場測定數(shù)據(jù)做數(shù)據(jù)篩選。主要性狀要求是：大約克夏品種的百公斤體重日齡范圍為120～210和體重范圍90～130kg，范圍外數(shù)據(jù)需刪除；大約克夏品種的校正背膘范圍為5～15，范圍外數(shù)據(jù)需刪除；大約克夏品種的總仔數(shù)范圍為8～25，小于8或者大于25數(shù)據(jù)需刪除。

從滿足上述數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)體中挑選組建參考群體，同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)分布的平衡性，參考群體來自多個(gè)公豬家系，每個(gè)公豬家系至少30個(gè)體且盡量來自多個(gè)母親；一芯多用，每個(gè)芯片個(gè)體有多種性狀測定記錄。

1.5.2 統(tǒng)一采樣操作要求

1.5.2.1 統(tǒng)一采取耳組織樣品,公豬在性能測定結(jié)束時(shí)采樣，母豬在后備母豬中采樣，并隨時(shí)收集母豬的繁殖測定數(shù)據(jù)。

1.5.2.2 收集115kg 體重日齡、眼肌面積、背膘厚、眼肌厚、飼料報(bào)酬等性狀要求公母比例為1∶2，最優(yōu)公母各半。

1.5.2.3 采組織樣要求

1.5.2.3.1 保證采集的準(zhǔn)確性。在采集前，先將母豬卡和個(gè)體號(hào)與采樣對照單上的編碼一一對應(yīng)，同時(shí)保證采樣對照單編碼與粘貼在 2mL離心管上條形編碼一一對應(yīng)，避免后期錯(cuò)誤。

1.5.2.3.2 其次用耳鉗在豬耳外緣剪一塊黃豆粒大小的耳組織,剪樣前把目標(biāo)區(qū)域被毛剪去。

1.5.2.3.3 將剪下的耳組織直接放入含有 75%酒精的離心管中，在管蓋上用記號(hào)筆標(biāo)注好采樣號(hào)。耳組織要完全浸沒在液體中。

1.5.2.3.4 將耳鉗前端放入消毒液（碘酒或者是75%酒精）中消毒后再采集下一頭豬的組織樣。防止豬與豬之間的交叉感染。

1.5.2.3.5 樣品保存和運(yùn)輸。采集結(jié)束后，將樣本放入-20℃的冰箱中保存；需要郵寄快遞時(shí)，需要將樣本放入到泡沫盒中，并加入冰袋后密封。保證運(yùn)輸過程中處于低溫的條件下，使得樣本保存完好。

1.6 標(biāo)記基因型測定

所有個(gè)體測定標(biāo)記基因型（芯片或測序）。為保證參考群體質(zhì)量，統(tǒng)一采用 Geneseek GGPPorcineHD SNP 芯片(包含50915個(gè)SNP)進(jìn)行基因測序。

1.7 數(shù)據(jù)上傳

表型測定數(shù)據(jù)和芯片數(shù)據(jù)發(fā)送給技術(shù)聯(lián)系專家，由聯(lián)系專家負(fù)責(zé)后期數(shù)據(jù)處理和基因組遺傳評(píng)估。

參考群體表型測定數(shù)據(jù)按國家生豬核心場操作上傳至省或全國種豬遺傳評(píng)估信息網(wǎng)。個(gè)體SNP芯片原始文件也上傳至省或全國種豬遺傳評(píng)估中心，豬只個(gè)體號(hào)按國家種豬登記統(tǒng)一格式。省和全國種豬遺傳評(píng)估中心將統(tǒng)一處理參考群體表型數(shù)據(jù)和SNP芯片數(shù)據(jù)。

2 基因組選擇實(shí)施

下圖展示了利用基因組選擇選種的技術(shù)路線。針對我國市場和育種實(shí)際情況，基因組選擇用于公豬的早期選種和終選，即通過基因組育種值（GEBV）預(yù)先確定進(jìn)入后期接受性能測定的小公豬，提前去勢淘汰，減少常規(guī)測定的繁瑣工作量及測定成本，提高公豬的選種質(zhì)量。

該流程同樣適用于母豬選擇（根據(jù)本場投入費(fèi)用酌情考慮）。實(shí)施流程具體如下：

2.1 采樣和 SNP 芯片檢測

剛出生的小公豬根據(jù)外貌特征進(jìn)行初步篩選，淘汰外貌不合格以及生理有缺陷的公豬個(gè)體，每窩挑選 1～2 頭小公豬利用統(tǒng)一方法，在7～15日齡采集耳組織樣。場家獲得芯片基因型數(shù)據(jù)后，第一時(shí)間將芯片數(shù)據(jù)發(fā)送至技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)或上傳至省、地區(qū)或全國種豬遺傳評(píng)估中心，以盡早得到 GEBV。

2.2 基因組育種值（GEBV）計(jì)算

根據(jù)構(gòu)建的參考群體，采用一步法 GBLUP 估計(jì)候選小公豬GEBV。一步法 GBLUP 能同時(shí)利用表型、系譜和基因組信息，基因組育種值估計(jì)更準(zhǔn)確。在各性狀基因組育種值基礎(chǔ)上，繼續(xù)合成基因組綜合指數(shù)。各性狀基因組育種值和基因組綜合指數(shù)由技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)完成。

2.3 實(shí)施第一次基因組選種

結(jié)合本場育種方案，預(yù)測剛出生的小豬各性狀基因組估計(jì)育種值或基因組母系指數(shù)，進(jìn)行大約克夏小公豬的第一次選種，選種方法同常規(guī)育種根據(jù) EBV 或母系指數(shù)，將排名靠后和有遺傳缺陷的小公豬閹割去勢，轉(zhuǎn)入育肥豬，剩余的優(yōu)秀公豬進(jìn)入性能測定，該項(xiàng)工作在公豬出生后 21～28d去勢前完成。

2.4 性能測定

同常規(guī)性能測定，但為繼續(xù)擴(kuò)大高質(zhì)量的參考群體，經(jīng)第一次基因組選種后的小豬可參照參考群體構(gòu)建中測定性狀執(zhí)行。

2.5 實(shí)施第二次基因組選種

將性能測定結(jié)束后的所有豬只個(gè)體測定信息上傳至河北省或全國種豬遺傳評(píng)估中心（包括芯片豬只）或技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)，重新計(jì)算各性狀基因組育種值和基因組綜合指數(shù)，進(jìn)行基因組聯(lián)合評(píng)估，為參加聯(lián)合育種各育種場提供最新的基因組育種值，做為選配和淘汰依據(jù)等。

2.6 終選

根據(jù)育種目標(biāo)及最新的各性狀基因組育種值和基因組綜合指數(shù)，結(jié)合體型、外貌等信息進(jìn)行終選，這些個(gè)體又可以被放入?yún)⒖既后w,反復(fù)補(bǔ)充參考群的數(shù)量和性狀，縮短參考群和候選群的世代間隔，重新估計(jì)SNP的效應(yīng)值,提高GS的準(zhǔn)確度。