利用基因組選擇加快動(dòng)物遺傳育種的探討

摘要：隨著畜禽市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，以及分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，動(dòng)物的遺傳育種方法也革陳出新，由傳統(tǒng)的育種方法逐漸轉(zhuǎn)向全基因組選擇法。育種方法的創(chuàng)新發(fā)展，對(duì)提高畜牧養(yǎng)殖業(yè)的整體水平，促進(jìn)養(yǎng)殖者增收，確保市場(chǎng)穩(wěn)定具有十分重要的意義。全基因組選擇的應(yīng)用極大地縮短了種畜間的傳代間隔，提高了遺傳準(zhǔn)確性和進(jìn)展，成為育種行業(yè)新的熱點(diǎn)。本病對(duì)全基因組選擇進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，分析了其自身優(yōu)勢(shì)、影響因素以及在實(shí)際育種當(dāng)中的應(yīng)用情況等，以供參考。

關(guān)鍵詞：基因組選擇；動(dòng)物；遺傳育種

隨著國(guó)民生活水平的不斷提高，人們對(duì)于畜禽肉類食品的需求量和質(zhì)量要求也越來(lái)越高，而動(dòng)物的生產(chǎn)性能和肉品質(zhì)與其自身的基因組成有著密切的關(guān)系。隨著近代分子生物學(xué)的研究發(fā)展，為快速培育優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物提供了可能。其中基因組選擇是一種動(dòng)物育種的全新策略，該選擇選擇模型就是一種新型的生物育種方法，該方法主要是通過(guò)定向選擇動(dòng)物基因組的標(biāo)記密度，利用這種育種方法突破了育種過(guò)程中從候選個(gè)體表型到基因組的選擇，解決了畜禽的抗性以及肉質(zhì)等性狀難以選育的問(wèn)題，達(dá)到縮短育種間隔，提高育種效果的目的，同時(shí)還提高了遺傳評(píng)定的準(zhǔn)確性[1]。常見的有標(biāo)記輔助選擇（MAS）法，包括連鎖平衡（LE-MAS）、連鎖不平衡（LD-MAS）以及基因（Gene-MAS）三種，在動(dòng)物遺傳育種領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用和推廣，但這種方法對(duì)于QTL及其附近標(biāo)記的準(zhǔn)確性依賴性較高，能夠檢測(cè)到的遺傳變異數(shù)量也比較有限，在一定程度上限制了遺傳分子學(xué)技術(shù)在動(dòng)物遺傳育種中的應(yīng)用。而通過(guò)全基因組選擇，利用相鄰標(biāo)記實(shí)現(xiàn)將全基因組分解為染色體片段，再對(duì)分解的染色體片段進(jìn)行估計(jì)可以更好地解決這一問(wèn)題。

1 全基因組選擇的概述

1.1 全基因組選擇的基本概念

全基因組選擇即是在全基因組范圍內(nèi)進(jìn)行標(biāo)記輔助選擇，通過(guò)目標(biāo)育種動(dòng)物全基因組中大量的標(biāo)記信息，能夠?qū)Σ煌旧w片段的育種值進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記，全基因組選擇的這種標(biāo)記輔助選擇方法可以有效地排除掉環(huán)境效應(yīng)對(duì)育種的影響，同時(shí)提高了估計(jì)育種值的準(zhǔn)確性[2，3]。這種選擇方式主要是基于連鎖不平衡信息的利用，操作中要求標(biāo)記的密度要足夠高，可以令所有的數(shù)量性狀位點(diǎn)和標(biāo)記都處于一種連鎖的不平衡狀態(tài)?？偟膩?lái)說(shuō)，實(shí)施全基因組選擇技術(shù)需要兩步：首先要通過(guò)參與群體對(duì)不同的染色體片段效應(yīng)做出估計(jì)；其次，是預(yù)測(cè)出參與群體的基因估計(jì)育種值。

1.2 全基因組選擇的優(yōu)勢(shì)及潛力

首先，利用全基因組選擇法能夠?qū)⒒蚪M中存在的全部的遺傳變異進(jìn)行捕獲，同時(shí)還能夠?qū)z傳效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)與估計(jì)：①全基因組選擇應(yīng)用SNP標(biāo)記，具有2種等位元基因，標(biāo)記重復(fù)性較好，可以在動(dòng)物遺傳育種當(dāng)中更加準(zhǔn)確的估計(jì)出個(gè)體育種值，從而進(jìn)行優(yōu)質(zhì)品種選擇；②可以有效解決動(dòng)物某一性狀遺傳力低、難以度量的問(wèn)題，利用全基因組選擇能夠在奶牛受精率低、奶牛乳房炎、豬肉品質(zhì)以及畜禽的抗病性狀等測(cè)定成本較高的方面取得較為實(shí)際的應(yīng)用效果；③能夠擺脫對(duì)表型信息的依賴，極大地縮短了動(dòng)物育種的年限，加快了動(dòng)物遺傳育種的進(jìn)程。另外，利用全基因組選擇能夠有效地控制育種成本，傳統(tǒng)的標(biāo)記輔助選擇（MAS）等難以對(duì)動(dòng)物群體大量的性狀同時(shí)進(jìn)行有效選擇，同時(shí)不同的形狀標(biāo)記也大大增加了檢測(cè)的成本，全基因組選擇能夠在參考群體中進(jìn)行大量的性狀表型檢測(cè)以及遺傳效應(yīng)估計(jì)，此后直接利用相同的SNP芯片進(jìn)行分析檢測(cè)即可。最后，全基因組選擇在平衡不同的性狀的遺傳進(jìn)展方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如在奶牛育種當(dāng)中，產(chǎn)量性狀由于繁殖性狀的遺傳進(jìn)展，則在后期的育種當(dāng)中利用全基因組選擇技術(shù)，有效提高繁育性狀育種值的估計(jì)準(zhǔn)確性，即可達(dá)到不同性狀平衡育種的目的。當(dāng)前，隨著大部分動(dòng)物基因組測(cè)序的完成，以及SNP（單核苷酸多態(tài)性）檢測(cè)技術(shù)的完善和成本的大幅降低，使得SNP芯片被大量生產(chǎn)，全基因組選擇法已經(jīng)逐漸成為育種領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，也是未來(lái)動(dòng)物育種領(lǐng)域的一個(gè)新的熱點(diǎn)和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，對(duì)我國(guó)動(dòng)物遺傳育種以及改良是一個(gè)里程碑式的進(jìn)展。

2 影響全基因組選擇的因素

對(duì)于動(dòng)物性狀的遺傳進(jìn)展快慢來(lái)說(shuō)，全基因組選擇的準(zhǔn)確性對(duì)其起到主要作用。這主要與以下幾點(diǎn)因素的影響有關(guān)系：

2.1 SNP的密度及其所在位置

全基因組選擇要求要有高密度的標(biāo)記，如此才能保證至少能夠有一個(gè)標(biāo)記與QTL處于緊密連鎖的狀態(tài)。所以，當(dāng)全基因組選擇的標(biāo)記密度越高時(shí)，則能夠影響動(dòng)物目的性狀基因的不平衡連鎖（LD）的值就越高。研究發(fā)現(xiàn)，基因組選擇的準(zhǔn)確性與相鄰標(biāo)記間的r2值呈正相關(guān)關(guān)系，準(zhǔn)確性隨著r2值得增加而明顯增加，當(dāng)r2值≥0.2時(shí)，才可以用于基因組選擇[4]，例如在奶牛群體當(dāng)中，只有標(biāo)記間隔為100 kb時(shí)，才可令r2值達(dá)到0.2，所以30 000個(gè)標(biāo)記才可以滿足3 000 Mb的全基因組選擇。

2.2 遺傳力的影響

研究表明，性狀的遺傳力越高，其遺傳估計(jì)育種值（GEBV）的準(zhǔn)確性也越高。通過(guò)基因組選擇能夠提高目標(biāo)性狀的準(zhǔn)確性，這對(duì)遺傳力較低的性狀同樣試用，但對(duì)于低遺傳力的性狀需要更多的表型數(shù)據(jù)。對(duì)于遺傳力為0.3的性狀，表型記錄超過(guò)2 000個(gè)時(shí)，其估計(jì)準(zhǔn)確性要更高一些。

2.3 有效參考群體數(shù)量的影響

在利用基因組評(píng)估動(dòng)物育種值得過(guò)程中，首要的是通過(guò)參考群體數(shù)量，估計(jì)出該物種不同染色體片段的遺傳效應(yīng)，即參考群的規(guī)模會(huì)對(duì)候選個(gè)體的遺傳估計(jì)育種值的準(zhǔn)確性產(chǎn)生直接的影響。

2.4 不同群體和品種間的群基因組選擇

在實(shí)際標(biāo)記時(shí)，全基因組選擇要更加依賴于標(biāo)記和QTL間的LD程度，但有時(shí)在不同的群體當(dāng)中QTL效應(yīng)是不相同的，這時(shí)就需要更多的品種參考群體，來(lái)獲取所有的遺傳方差。同時(shí)，遺傳以及環(huán)境之間的互作效應(yīng)也會(huì)使得相同品種間的兩個(gè)不同群體的GEBV估計(jì)值準(zhǔn)確性降低。

2.5 單倍型及單標(biāo)記法

在利用全基因組選擇法時(shí)，選擇單倍型或者單標(biāo)記法也會(huì)對(duì)IBD判斷的準(zhǔn)確性造成影響，通過(guò)比較兩種方法在預(yù)測(cè)無(wú)表型個(gè)體GEBV準(zhǔn)確性的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)標(biāo)記密度較低（r2值較?。r(shí)，單倍體的準(zhǔn)確性更高一些，而當(dāng)相鄰標(biāo)記間r2值≥0.2時(shí)，單倍型的優(yōu)勢(shì)減小。

3 全基因組選擇在動(dòng)物育種中的應(yīng)用

3.1 在豬育種中的應(yīng)用

研究表明，全基因組選擇在豬的育種當(dāng)中取得了較好的成績(jī)，當(dāng)前較多的是利用60KSNP芯片，能夠得到較高的GEBV準(zhǔn)確性，與傳統(tǒng)的育種方法相比，在生長(zhǎng)性能和肉品質(zhì)方面，顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)極大地縮短了育種年限，特別是在優(yōu)良性狀篩選方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多家公司利用該技術(shù)進(jìn)行豬的遺傳育種工作，其中包括PIC種豬改良公司，我國(guó)的溫氏食品集團(tuán)等。鑒于其實(shí)際操作的成本相對(duì)于中小型豬場(chǎng)來(lái)說(shuō)，仍存在較大的經(jīng)濟(jì)壓力，普及范圍相對(duì)有限。

3.2 在羊育種中的應(yīng)用

當(dāng)前已有部分已知基因和突變位點(diǎn)可以用于羊的基因育種，如FecBB、BMPR1B、BMP15和GDF9等，利用這些基因位點(diǎn)，可以有針對(duì)性的設(shè)計(jì)基因探針，提高基因選擇的效率。已知的50K液相芯片已經(jīng)可以用于核心群體的檢測(cè)，并且可以對(duì)綜合育種值進(jìn)行計(jì)算，以此達(dá)到選育的目的[5]。

3.3 在牛育種中的應(yīng)用

“十二五”期間，我國(guó)就提出了構(gòu)建3 500頭以上的?；蚪M選擇參考群，并且選出了724頭優(yōu)秀的青牛公牛列為國(guó)家良種補(bǔ)貼項(xiàng)目，并且其冷凍精液在全國(guó)范圍內(nèi)得到推廣，極大地促進(jìn)了我國(guó)優(yōu)良?；虻目焖賯鬟f，縮短了育種間隔，公牛的世代間隔縮短了4.5年，由傳統(tǒng)育種所需的6.25年，縮短為1.75年，同時(shí)還加快了群體遺傳的進(jìn)展[6]。育種成本大幅降低，為養(yǎng)殖業(yè)及育種業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，全基因組選擇技術(shù)在動(dòng)物遺傳育種當(dāng)中的推廣應(yīng)用，加快了我國(guó)牛、豬、羊等種畜育種的進(jìn)程，極大地降低了育種成本，為推動(dòng)我國(guó)畜牧養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展提供了必要保障，相信隨著該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，消費(fèi)者一定能享受到吃得起、品質(zhì)好的畜產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葛凱，余道倫，楊磊，等.全基因組選擇模型在家養(yǎng)動(dòng)物遺傳育種中的應(yīng)用[J].武漢輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，40（4）：29-34.

[2] Meuwissen T H， Hayes Bj， Goddard M E. Prediction of total genetic value using genome-wide dense marker maps[J]. Genetics， 2001， 157（4）：1819-1829.

[3] 馮春剛，胡曉湘，趙要風(fēng)，等.全基因組選擇及其在動(dòng)物育種中的應(yīng)用[J].中國(guó)家禽，2008，30（22）：5-8.

[4] de Roos A P W， Hayes B J， Spelman R J， et al. Linkage disequilibrium and persistence of phase in Holstein-Friesian， Jersey and Angus cattle[J]. Genetics，2008， 179（3）：1503-1512．

[5] 張宏興，王鵬飛，趙永攀.利用基因組選擇加快陜西肉羊遺傳育種進(jìn)展的可行性[J].畜牧獸醫(yī)雜志，2021，40（6）：101-104.

[6] 方美英，劉劍鋒，張勤，等.加速優(yōu)秀基因傳遞 開辟動(dòng)物遺傳育種新時(shí)代[J].中國(guó)農(nóng)村科技，2016（6）：61-63.