我國地方黃牛種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用的研究進(jìn)展

李欣淼 張子敬 張華 劉賢 劉武軍 王二耀 雷初朝 陳宏 黃永震*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西咸陽 712100；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，河南鄭州 450002；4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技發(fā)展中心，北京 100176；5.河南省畜牧總站，河南鄭州 450008）

種質(zhì)資源又叫遺傳資源，種質(zhì)是親代傳給子代的遺傳物質(zhì)，通常留存于一定的品種之中。對于高產(chǎn)及優(yōu)質(zhì)品種的選育，種質(zhì)資源的保存和利用尤為重要，會對畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生影響。種質(zhì)創(chuàng)新是指對種質(zhì)做較大難度的改變，將外來品種培育成可以很好適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，被當(dāng)?shù)厮玫南嚓P(guān)研究。種質(zhì)創(chuàng)新不僅可以產(chǎn)生新的育種類型，而且可以拓寬遺傳基礎(chǔ)，是種質(zhì)資源利用和育種中必不可少的一部分。

中國的氣候、地形地貌和海拔梯度都各具特色，作為品種資源最豐富的國家之一，目前共有黃牛品種80 個，其中55 個地方品種，10 個培育品質(zhì)和15 個引入品種。畜牧生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)是種質(zhì)資源，種質(zhì)資源滿足了未來大型基因庫不可預(yù)見的需求，這對動物生產(chǎn)和創(chuàng)造新物種非常重要。由于畜牧工作者越來越了解黃牛種質(zhì)資源，新的相關(guān)資源不斷被發(fā)現(xiàn)、引入和使用。由于人們對高品質(zhì)肉牛的需求越來越多，我們從國外陸陸續(xù)續(xù)引入了許多高產(chǎn)肉牛品種對地方黃牛進(jìn)行改良。生產(chǎn)水平有所提升，但同時產(chǎn)生了一些消極影響，其中最為明顯的是有的引入和改良品種會把某些地方優(yōu)良品種完全取代，使其數(shù)量下降，甚至使有些品種處在瀕危甚至滅絕。

21 世紀(jì)，我國將面臨環(huán)境、人口及資源等多方面的挑戰(zhàn)，隨著人口數(shù)量的增加和人們生活水平的提高，提高黃牛種質(zhì)資源優(yōu)良性的想法日益明確，及時發(fā)現(xiàn)并提供新基因?qū)ε嘤齼?yōu)良品種尤其是目前我們所需要的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和抗性強的品種非常必要。因此，對黃牛種質(zhì)資源的創(chuàng)新和利用顯得相當(dāng)重要。

1 種質(zhì)資源利用的傳統(tǒng)途徑

1.1 地方品種資源的直接利用

從20 世紀(jì)80 年代開始，由于農(nóng)業(yè)機械化水平的不斷提高，耕牛在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的作用相對減小，中國黃牛的選育方向從“役用為主” 轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭庖奂嬗谩薄?0 世紀(jì)80 年代以后，逐漸開始有計劃地進(jìn)行黃牛肉用選育、就地繁育及就地推廣。自20 世紀(jì)90 年代以來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，役用黃牛的養(yǎng)殖量呈下降趨勢，養(yǎng)殖效益較差，但在同一時期，由于牛肉市場的蓬勃發(fā)展，選擇和飼養(yǎng)肉用黃牛逐步得到社會重視[1]。如秦川牛、南陽牛、魯西牛、晉南牛和延邊牛等，通過本品種選育和雜交改良，為我國肉牛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

1.2 雜交育種技術(shù)的普及與優(yōu)良品種選育

1950 年后，我國雜交育種技術(shù)得到快速普及和發(fā)展，而且可以獨立自主地培育新品種。此后的二十多年，在河南畜牧工作者的不斷努力下，成功培育出了我國首個肉牛品種。2007 年6 月29 日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的第878 號公告聲明，中國擁有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一個肉牛品種——夏南牛誕生，自此我國在肉牛品種上不再是一片空白。夏南牛是由夏洛來牛為父本，我國地方良種南陽牛為母本培育出的新肉牛品種[2]。成功培育夏南牛為我國在肉牛培育方面提供了寶貴經(jīng)驗，對開放式肉牛育種進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新以及更加規(guī)范的管理，打破了我國依賴引進(jìn)國外肉牛和役肉兼用品種的局面。在此之后，我們相繼培育出了遼寧白牛、延黃牛和云嶺牛等共4 個中國肉牛品種。

1.3 雜種優(yōu)勢的利用

雜種優(yōu)勢的可持續(xù)利用是一項系統(tǒng)工程，雜交可以通過優(yōu)質(zhì)基因的有效結(jié)合，充分利用種群間的互補效應(yīng)和雜種優(yōu)勢[3]。利用國外優(yōu)良的肉牛品種與我國地方黃牛品種相結(jié)合，來提高地方種群的肉用生產(chǎn)性能，也是我國肉牛生產(chǎn)的主要途徑之一[4]。為了使雜種優(yōu)勢得到充分利用，雜交生產(chǎn)是主要的生產(chǎn)方式之一，具體做法是在品種之間雜交，直接應(yīng)用在商品生產(chǎn)中。理論上講，雜交后代可直接育肥出欄，不能作為種用，但雜交后代母牛可以用來進(jìn)行更為復(fù)雜地再繁殖。目前，我國養(yǎng)牛業(yè)對雜交改良工作的主要原則是選育原種、擴繁良種、推廣雜種和培育新品種。在對當(dāng)?shù)攸S牛品種資源進(jìn)行雜交改良時，應(yīng)把“點上保種選育提高，面上雜交改良開發(fā)” 這一原則放在首位來開展后續(xù)工作[5]。

2 生物技術(shù)在種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，近十年來，種質(zhì)資源的創(chuàng)新與利用的相關(guān)工作已經(jīng)逐步開始使用分子標(biāo)記技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)等現(xiàn)代生物技術(shù)，生物技術(shù)的使用將會大大縮短開展相關(guān)工作的時間，工作效率顯著提高。

2.1 分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)

分子標(biāo)記輔助選擇（Molecular Markers Assisted Selection，MAS）技術(shù)的利用提高了生產(chǎn)性狀，為尋找目標(biāo)性狀，特別是和經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)的遺傳基因提供了方法。發(fā)展分子育種是發(fā)展養(yǎng)牛業(yè)、縮短與發(fā)達(dá)國家及同行業(yè)差距的必經(jīng)之路[6-8]。時間長以及預(yù)后差是傳統(tǒng)育種方法的突出特征，如果持續(xù)在育種工作中使用傳統(tǒng)手段，取得突破的可能性會很低。MAS 有效彌補了傳統(tǒng)選擇技術(shù)手段的缺點，并且在準(zhǔn)確度上有了顯著提高，品種改良有可能達(dá)到較高的增長率，同時可以保持原品種牛肉的良好品質(zhì)，因此，在黃牛品種改良中可以大規(guī)模使用。在育種時，傳統(tǒng)方法與MAS 結(jié)合使用是黃牛改良行之有效的基本措施[9]。在奶牛上，可以將分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)奶量的性狀尋找上，可能達(dá)到較高的產(chǎn)奶量，可以被廣泛應(yīng)用。

2.2 全基因組選擇育種

與MAS 相比，使用全基因組進(jìn)行選擇育種具有前所未有的優(yōu)勢，各地可以選擇識別、檢測及評估有關(guān)基因的變體與其基因組的遺傳效應(yīng)，而MAS 只能簡單地識別某些基因變異，容易過高地估計識別基因的遺傳效應(yīng)；全基因組的另一個突出優(yōu)點是允許畜牧工作者提前獲得含有高質(zhì)量DNA 片段的牛。因此，為了保證育種值估計的準(zhǔn)確性，整個基因組的選擇可縮短時間，加快遺傳改良進(jìn)程，提高效率，降低研究成本[10]。目前，在奶牛育種中已經(jīng)廣泛使用全基因選擇技術(shù)，而且在肉牛中也開始嘗試此方法，但從應(yīng)用結(jié)果看，此技術(shù)很難有效地進(jìn)行廣泛利用。隨著單核苷酸多態(tài)性位點（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）檢測技術(shù)的改進(jìn)和成本降低，全基因組選擇已經(jīng)成為繼最佳線性無偏預(yù)測法（Best Linear Unbiased Prediction，BLUP）和MAS 之后新的育種方法[11]。

2.3 體細(xì)胞克隆技術(shù)

動物克隆是一種無需受精即可獲得新生個體的方法，可以根據(jù)克隆的發(fā)展被分為兩大類——克隆胚胎細(xì)胞和克隆體細(xì)胞。多莉是世界上第一只體細(xì)胞克隆羊，于1997 年誕生，標(biāo)志著體細(xì)胞克隆的突破，也是哺乳動物核移植的重要一步。從那時起，各種體細(xì)胞克隆動物相繼出現(xiàn)，到目前為止，已有數(shù)千頭體細(xì)胞克隆牛在世界各地誕生。動物克隆技術(shù)是將兩者結(jié)合起來，使群體優(yōu)良基因頻率提高，擴大優(yōu)良母畜對遺傳育種的貢獻(xiàn)，使育種速度有所提升。與優(yōu)質(zhì)肉牛產(chǎn)業(yè)國家相比，中國的肉牛產(chǎn)業(yè)相當(dāng)落后，由于我們沒有屬于自己的優(yōu)質(zhì)肉牛品種，所以現(xiàn)在主要依賴進(jìn)口高質(zhì)量肉牛來豐富優(yōu)質(zhì)肉牛品種。若可以規(guī)模化成功地克隆出優(yōu)質(zhì)種公牛，會為優(yōu)質(zhì)品種擴繁提供優(yōu)質(zhì)資源以及技術(shù)支持，為轉(zhuǎn)基因牛和動物的快速飼養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

2.4 轉(zhuǎn)基因技術(shù)

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指使用技術(shù)手段將外源基因?qū)胨鑴游锏幕蚪M中，從而實現(xiàn)對重要經(jīng)濟(jì)性狀的改良。1983 年，由于轉(zhuǎn)基因小白鼠的成功培育，相繼出現(xiàn)了各種轉(zhuǎn)基因動物，美國Genzyme Trans-gene 于1990 年利用原核顯微注射法培育出世界上第一頭轉(zhuǎn)基因牛。在肉牛育種方面，轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要被應(yīng)用到提高肉牛抗病力和改良肉牛品種以提高肉牛生產(chǎn)性能中[12]。在奶牛育種方面，轉(zhuǎn)基因奶牛的抗病力大大提升，生產(chǎn)性能也有所改良，同時可以改善牛奶中的營養(yǎng)成分。動物經(jīng)濟(jì)特征可以在轉(zhuǎn)基因技術(shù)下得到改善，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在育種領(lǐng)域不僅可以加速改善進(jìn)程，提高生殖效率，使生殖不僅僅局限于有性生殖。

2.5 基因編輯技術(shù)

基因編輯是指對目的基因進(jìn)行插入或移除的精準(zhǔn)定點修飾操作，模擬基因的突變或?qū)υ谢蚪M進(jìn)行修飾，包括對DNA 序列的替換、插入、刪除等。DNA 損傷的修復(fù)機制以及由此引發(fā)的DNA 結(jié)構(gòu)變化研究已經(jīng)成為有針對性的基因編輯的基礎(chǔ)[13]?；蚓庉嫾夹g(shù)既可以由人工核酸酶介導(dǎo)也可以由RNA 引導(dǎo)，包括對基因序列的修改、外源基因的導(dǎo)入整合以及特定基因的剔除等?；蚓庉嫾夹g(shù)對動物模型構(gòu)建、動物育種、臨床治療等方面都有極大的優(yōu)勢。Richt 等敲除了牛的PRNP 基因，使其腦部PrPC 蛋白表達(dá)顯著下降，對朊蛋白造成的瘋牛病起到了有效預(yù)防[14]。Yu 等在應(yīng)用ZFN 技術(shù)敲除牛乳中具有致敏性的β-乳球蛋白（β-lactoglobulin,BLG）基因，提高了牛奶的營養(yǎng)價值[15]。

3 種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用的發(fā)展趨勢

中國種質(zhì)資源十分豐富，但目前所利用的資源只占所有種質(zhì)資源的3%～5%，而且絕大多數(shù)資源沒有得到有效利用。如今，與國際同行相比，中國畜牧業(yè)技術(shù)存在過度分散、養(yǎng)殖規(guī)模較小、簡單重復(fù)等問題。品種改良和種質(zhì)資源利用是我國養(yǎng)牛的一種有效方式，也是一種利用現(xiàn)代生物技術(shù)改進(jìn)我國當(dāng)?shù)攸S牛品種的有效方法?，F(xiàn)代大規(guī)模的研究設(shè)備、新技術(shù)和新方法在培育肉牛新品種及改進(jìn)已有品種方面發(fā)揮了越來越大的作用。如果我國種質(zhì)資源過去的工作重心在于收集和保存，未來肯定會變?yōu)檠芯亢褪褂谩Ｈ糁皇鞘褂贸Ｒ?guī)手段，那么得到預(yù)想結(jié)果的周期會很長，同時存在結(jié)果缺乏可預(yù)見性以及精準(zhǔn)度低等問題；此外，盡管野生物種遺傳基礎(chǔ)豐富，而且有較多的優(yōu)良基因，但由于野生動物通常具備連鎖特性的不良基因，并且外源基因的導(dǎo)入和表達(dá)需要很高的技術(shù)水平，操作起來更加困難，所以對野生動物優(yōu)良基因的利用十分困難。常規(guī)的資源鑒定方法和育種技術(shù)難以應(yīng)對未來我國人口對牛肉數(shù)量和質(zhì)量需求的轉(zhuǎn)變，因此，將新的生物技術(shù)與常規(guī)鑒定相結(jié)合非常必要，通過兩種技術(shù)的結(jié)合在種質(zhì)資源中發(fā)掘好的基因，克隆出新的優(yōu)良基因，建立基因文庫。通過將新的生物技術(shù)與傳統(tǒng)基因多樣性結(jié)合起來，通過遺傳特征研究不同優(yōu)良基因，為新基因的復(fù)制提供堅實的科學(xué)基礎(chǔ)，使肉牛資源在人類生活中充分發(fā)揮作用。

4 小結(jié)

隨著我國地方黃牛品種全基因組測序工作的逐步完成，以及生物技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)現(xiàn)，地方黃牛種質(zhì)資源鑒定與新種質(zhì)創(chuàng)新迎來了新的生機。

目前，我國地方黃牛種質(zhì)資源的深度發(fā)掘能力相對薄弱，應(yīng)通過整合基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)的研究方法來探究種質(zhì)創(chuàng)新，挖掘優(yōu)異基因，深入分析其遺傳分子機制，利用種質(zhì)創(chuàng)新的手段來打破地方黃牛育種瓶頸，推動地方黃牛的遺品種改良，加速新品種培育，進(jìn)而推動中國肉牛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。