奶山羊遺傳育種與繁育技術研究進展

文/文 靜

（慶陽偉赫乳制品有限公司）

奶山羊適應性強，分布廣，日采食量低，具有單位體重產奶多、飼料范圍廣、抗病能力強等特性，非常適合中國人口眾多、糧食不足的基本國情[1]。我國是世界上飼養奶山羊數最多的國家之一，具有快速發展奶山羊的數量優勢。根據聯合國糧食及農業組織（FAO）統計數據顯示，截至2012年，世界范圍內羊（包括山羊和綿羊）的存欄量為37 218.6 萬只，其中我國存欄7 146.0 萬只，占世界存欄量的19.2%，2013年我國奶山羊存欄為1 300 多萬只[1，2]。

現代研究證明，羊奶中含有200 多種營養素和生物活性物質，其中球蛋白含量高于牛奶，而酪蛋白含量遠低于牛奶，接近于人奶，更易于人的消化吸收。羊奶中的脂肪球大小僅為牛奶的1/3，同時羊奶中表皮細胞生長因子（Epidermal Growth Factor，EGF）能有效緩解皮膚衰老，所以羊奶被稱為“奶中之王”[3]。在羊奶生產中，決定家畜轉化率的主要因素是良種，如果沒有產奶量高、乳品質好的奶山羊品種，就達不到優質高產的目標，不符合現代畜牧業的需求。因此，如何在做好引進優良品種的同時，充分利用雜交優勢與遺傳育種新技術，加快培育奶山羊新品種，是奶山羊產業發展中的關鍵環節。

1 奶山羊遺傳育種進展

隨著分子生物技術，如基因編輯技術的改進，基因組學、轉錄組學等新興學科飛速發展。家畜動物育種計劃和家畜動物分子遺傳學研究取得大量突破性成果，家畜動物育種已經從傳統的育種方法向快速改善動物基因型的分子水平方向發展，分子育種技術已漸漸成為奶山羊育種的新方向。

1．1 奶山羊的傳統育種方法

傳統育種方法是以遺傳學的基本理論為基礎、以表型選擇為主的育種措施。根據表型值推斷基因型或計算育種值，進而做出性能的總體評估。傳統的奶山羊育種方法是將數量遺傳學原理應用于育種實踐，通過采用雜交改良、品系選育等技術，實現奶山羊品種不斷改良和雜種優勢利用的方法。數量遺傳學是指運用數理統計方法和適宜的遺傳模型分析數量性狀遺傳規律的理論科學，是遺傳學的重要分支。

最佳線性無偏預測法（Best linear unbiased prediction，BLUP）是1949年Henderson 提出的。BLUP法主要廣泛應用于種公畜的評定，而且用于估計遺傳趨勢和配合力等。BLUP法的基本原理是線性統計模型方法論與數量遺傳學相結合，其模型包括固定效應和除殘差效應外的隨機效應。雒鳴峰和劉蔭武教授應用BLUP法估計西農薩能奶山羊的育種值和遺傳趨勢，分析了過去的育種效果，為確定西農薩能奶山羊的育種目標，建立系統的選種體系，提供了基本參數和依據。研究結果顯示，西農薩能奶山羊在1960—1985年間初產母羊300 天產奶量的遺傳趨勢為7.2 kg，表明西農薩能羊群的選育卓有成效[4]。

約束最大似然（Restricted maximum likelihood method，REML）法將校正固定效應后與隨機效應有關的多元正態似然函數極大化，對觀測值y的線性函數求導，約束K，x=0，求滿足似然函數最大化的方差組分。REML法求得的方差組分估值不受先驗值的影響，通過迭代可得到唯一解，其估計值不會越出參數空間。當樣本含量較大時，REML法可得到近似無偏估值，對于均衡資料REML法可得到無偏估值。雒鳴峰和常智杰教授應用REML估測幾項奶山羊產奶性狀的遺傳力、遺傳相關和表型相關系數，得出西農莎能奶山羊第一胎母羊的最高日產奶量、90天產奶量和300天產奶量的遺傳力分別為0.1397、0.2403和0.3746，三性狀間存在很高的正向遺傳和表型相關。忽略公羊間相關性會導致遺傳方差的偏低估計[5]。在生產實踐中，對于一個有限的育種群體，公羊間必然存在一定程度的相關性，因此估計遺傳參數時應用A-1模型。

1．2 奶山羊現代育種方法

隨著分子生物學研究的不斷深入以及新的生物技術的出現，奶山羊現代育種工作可以采用的新技術有很多，如原核期胚胎顯微注射技術、體細胞核移植技術、逆轉錄病毒載體技術、胚胎干細胞技術、SNP篩選技術、基因定點整合技術等。這些現代育種技術大大地縮短了育種時間，同時使育種方向更加明確。

1．2．1 顯微注射技術

顯微注射技術（Microinjection）由美國人G o r d o n發明，后經Brinster等人改進，一直沿用至今[6]。其原理是通過顯微操作儀將外源基因直接用注射器注入受精卵的原核內，在DNA的復制過程中使外源基因整合到動物基因中，再通過胚胎移植到受體子宮內繼續發育，獲得具有新基因的奶山羊。

1．2．2 體細胞核移植技術

體細胞核移植技術（Somatic Cell Nuclear Transfer）也就是體細胞克隆技術，是將成年羊的體細胞移植到去核的卵母細胞中，然后發育成新個體。1996年多莉羊的出生宣告該技術的成功[7]，2000年西北農林科技大學張涌教授克隆出第一只山羊[8]。隨著技術進步通過體細胞克隆技術，可以將優良性狀的奶山羊進行擴繁。

1．2．3 逆轉錄病毒載體技術

逆轉錄病毒載體技術用攜帶外援基因的逆轉錄病毒感染胚胎，從而導入外源基因。其基本原理是利用逆轉錄的長末端重復（longterminalrepeat，LTR）區域具有轉錄啟動子活性這一特點，將外源基因連接到LTR下游進行重組，再使其包裝成為高滴度病毒顆粒，去直接感染受精卵或微注射入囊胚腔[9]。攜帶外源基因的逆轉錄病毒進入細胞后，RNA反轉錄成cDNA，依靠逆轉錄病毒的整合酶及其末端特異的核苷酸序列，DNA可以整合到染色體上，從而將其所攜帶的外源基因插入到染色體中。雷蕾等（2013）研究顯示，采用山羊胎兒成纖維細胞為供體細胞，通過逆轉錄病毒攜帶四個轉錄因子，對山羊體細胞進行誘導重編程，并且將誘導重編程細胞定向轉分化為神經樣細胞和卵母樣細胞[10]。

1．2．4 胚胎干細胞

胚胎干細胞（Embryonic Sterm Cell，ES）的研究萌芽于畸胎瘤干細胞，或者成為胚胎癌細胞（Embryonic Carcinoma Cell）。Steven最早發現ES細胞，她把小鼠早期胚胎移植到129只精囊或腎的被膜下[11]，得到了該細胞。胚胎干細胞是從哺乳動物囊胚內細胞團（Inner Cell Mass，ICM）和原始生殖細胞（Primordial Germ Cell，PGCS）經體外分化、抑制培養并分離克隆出來的一種原始、高度未分化的細胞，具有自我復制、更新和發育全能性并產生后代能力的早期胚胎細胞[12]。胚胎干細胞在特定條件下可分化為200 多種細胞類型，并可構建心、肝、腎等各種組織和器官，最后能發育成一個完整的個體，但目前沒有應用在奶山羊上的研究。

1．2．5 單核苷酸多態性

單核苷酸多態性（S i n g l e Uucleotide Polymorphisms，SNPs）是個體間由完全相同序列界定的單個核苷酸的差異，單堿基轉換、顛換、插入和缺失，與其他分子相比，SNPs分辨率最高也最為豐富，覆蓋基因組范圍大，遺傳性能比較穩定[13]。SNPs作為DNA研究工具，用于遺傳圖譜構建、品種改良、關聯分析等很多領域。陳志等進行了山羊生長激素釋放激素受體（Growth Hormone-Releasing Hormone Receptor，GHRH-R）基因SNPs的快速篩查，對基因頻率進行了估算[14]。吳賢峰等進行了信號轉導與轉錄活化蛋白3（Signal Transducers and Activators of Transcription 3，STAT3）和STAT5A基因SNPs研究[15]。嚴妍對奶山羊促性腺激素抑制激素（Gonadotropin-Inhibitory Hormone，GnIH）基因SNPs研究，并和產羔數進行了關聯分析[16]。

1．2．6 基因定點整合技術

基因定點整合技術是一種能夠精確靶向修飾生物基因組，實現對基因定點敲除和外源基因定點整合的技術。新出現的有鋅指核酸酶（Zinc-Finger Uuclease，ZFN）、轉錄激活子樣效應因子核酸酶（Transcription Activator-Like Effector Uucleases，TALEN）和規律性重復短回文序列簇與Cas9蛋白（CRISPRs/Cas9）系統[17]。3 種新型的基因組編輯技術通過特異性結構識別靶位點，核酸酶發揮切割作用對靶位點進行點編輯。Malpotra等（2017）通過CRISPRs/Cas9敲除了山羊原代培養細胞的rig-i基因[18]。周文軍等（2017）通過CRISPRs/Cas9系統敲出了β-乳球蛋白基因[19]。關于基因定點整合技術在現代育種研究中處于實驗室階段，期待未來對奶山羊育種發揮切實的推進作用。

2 奶山羊繁育技術進展

人工授精、胚胎移植、同期發情等技術的應用對20世紀奶山羊的改良產生了巨大的影響。隨著生物技術的迅猛發展，奶山羊繁育中以胚胎工程、基因工程為主體的高新技術將成為奶山羊繁育的主要方向，胚胎移植、體外胚胎生產會越來越成熟，將被更多的奶山羊生產實踐繁育工作所采納。

人工授精是指采用非自然交配的方式將精子遞送到母羊生殖道中使奶山羊懷孕的一種輔助生殖技術，一般包括采精、精液檢驗、精液稀釋、輸精等步驟。人工授精技術提高了優良種公羊的配種效能和種用價值，加速奶山羊品種改良，促進育種工作。在生產實踐中，20 只母羊配備1只種公羊，而采用人工授精技術，200 只母羊配備1 只種公羊，減少了種公羊的飼喂成本，降低了飼養管理費用。同時可有效防止各種疾病的發生，尤其是生殖道傳染性疾病。目前人工授精技術已經被許多奶山羊養殖場所推廣應用。

胚胎移植技術自20世紀30年代進入畜牧科學領域以來，首先在綿羊上獲得成功，到40年代末和50年代初相繼在山羊、豬、牛、馬上取得成功。我國胚胎移植技術的研究從1973年開始，1974年在綿羊上獲得成功。1980年王建辰等在西北農學院進行了奶山羊胚胎移植試驗，并取得了成功[20]。隨著同期技術及胚胎移植技術的提升，西北農林科技大學羅軍教授團隊于2010年試驗中選用8 只供體羊，28 只受體羊，共收集116 只胚胎，其中選用86 只質量較好的胚胎進行移植，共產出37 只羔羊[21]。目前在生產實踐中，已經有一些養殖場引入了胚胎移植技術，為養殖場改良生產群，提高良種數量提供了好的方法。在實踐過程中，受同期處理、胚胎移植手術水平、奶山羊子宮容受性、飼養管理等多方面因素影響，奶山羊胚胎移植成功率還不是很高，同時花費相對較高。因此胚胎移植技術從實驗室走向生產實踐，還有待進一步提升。

性別控制技術是通過人工干預控制奶山羊后代性別比例的方法。奶山羊養殖場需要更多的母羊用于產奶，所以提高母羔的比例對于養殖場快速擴繁有重要的積極意義。目前主要使用流式細胞儀對精子進行分離，前期試驗表明，奶山羊X染色體和Y染色體差異大于奶牛，在4%左右，更有利于進行分離。雖然有企業已經生產出奶山羊性控凍精，但是目前主要采用子宮角輸精，技術難度較大，在生產實踐中推廣存在一定難度。

3 前景展望

隨著現代生物技術的迅速發展，繁育技術研究的不斷深入和產業化，奶山羊育種從傳統以數量性狀為主的育種方法向著快速改變基因型方向發展。奶山羊新的育種技術和一系列改進的高新繁育技術的結合與應用，必將對奶山羊繁殖育種工作產生革命性影響，改良奶山羊生產和發展模式是今后發展高效、優質羊奶事業的必然趨勢和方向。